Task-Based Comparison of Parallel Translational Kinematic Structures

• Aufgabenbasierter Vergleich von translatorischen, parallelkinematischen Strukturen

Prause, Isabel; Corves, Burkhard (Thesis advisor); Herder, Just (Thesis advisor)

Aachen (2016, 2017)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2016

Kurzfassung

Bekannt ist Clavels DELTA Roboter, aber es gibt noch andere parallelkinematische Strukturen (PKS) mit drei translatorischen Freiheitsgraden. Diese unterscheiden sich im Zusammenbau und im Aufbau ihrer kinematischen Ketten. Viele PKS, die auf unterschiedlichen Gelenk- und Gliedanordnungen basieren, sind das Ergebnis von Struktursynthesen der letzten Jahre. Allerdings wurde nur eine sehr geringe Anzahl davon tiefergehend in derForschung untersucht.Daher ist es das Ziel dieser Arbeit einen Strukturkatalog zu erstellen, in dem unterschiedliche PKS mit ihren entsprechenden Eigenschaften beschrieben werden. Die Auswahl basiert auf Listen von bereits synthetisierten PKS. Darüberhinaus werden unterschiedliche Gestellanordnungen untersucht. Für insgesamt 25 unterschiedliche PKS wird der Strukturkatalog mit mathematischen Beschreibungen erweitert. In einem ersten Schritt werden dann die kinematischen Abmessungen hinsichtlich zwei unterschiedlicher Lastfälle optimiert: 1) rechteckiger Arbeitsraum mit geringen externen Kräften und 2) zylindrischer Arbeitsraum mit höheren externen Kräften. Die Ergebnisse zeigen, dass nicht alle PKS gute Übertragungseigenschaften aufweisen. Als Folge dessenwerden einige PKS von einer weiteren Analyse ausgeschlossen.Desweiteren wird eine allgemeine Untersuchung der ausgewählten Strukturen durchgeführt. Unterschiedliche Abmessungen der PKS werden betrachtet und analysiert um den Einfluss von der gewählten Parameterkonfiguration auf die Gesamtperformance zu identifizieren. Dafür werden verschiedene Kriterien innerhalb eines vorgegebenen Arbeitsraums angewandt. Diese Analyse und ein anschließender Vergleich führen zu einer weiteren Einschränkung der PKS, die für die finale, aufgabenangepasste Maßsynthese in Betracht gezogen werden. Drei Handhabungsaufgaben werden betrachtet: eine Pick & Place Aufgabe,eine Positionier- und eine Führungsaufgabe. Die Optimierung der kinematischen Abmessungen basiert auf einer flexiblen Zielfunktion, bei der der Funktionswert durch entsprechende Gewichtung der Kriterien angepasst werden kann. Um geeignete Kriterien auszuwählen, wird eine vollständige Übersicht von Kriterien zum Messen, Analysieren und Vergleichen der Leistungsfähigkeit von PKS vorgestellt. Anschließend wird das Übertragungsverhalten der PKS entlang der Trajektorien oder innerhalb eines vorgegebenen Arbeitsraums analysiert. Die Optimierungs- und Analyseergebnisse zeigen, dass einige der PKS die Handhabungsaufgaben erfüllen können und dass es keine Struktur gibt, die als die "Beste" bezeichnet werden kann.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik [411910]