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Entwurfssystem für parallelkinematische Strukturen mit gestellfesten Linearantrieben

Bundt, Matthias :
Entwurfssystem für parallelkinematische Strukturen mit gestellfesten Linearantrieben.
Technische Universität Darmstadt
[Diplom- oder Magisterarbeit], (2006)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit behandelt Methoden zum Entwurf paralleler Mechanismen. Ein solcher Entwurf besteht aus der Topologiesynthese - der Suche nach einer geeigneten Verteilung von Streben und Gelenken - und der Dimensionssynthese - der Optimierung der Abmessungen. Die Optimierung erfolgt auf bestimmte Leistungsmaße wie beispielsweise die Menge der erreichbaren Endeffektorstellungen - auch Arbeitsraum genannt - und das Wegübertragungsverhalten. Sowohl die Beziehung zwischen der Stellung der Aktoren und dem Wegübertragungsverhalten als auch der Zusammenhang zwischen den Strebenlängen und der Größe des Arbeitsraums sind dabei stark nichtlinear und nur teilweise analytisch berechenbar.

Eine Literaturrecherche gibt bestehende Lösungsansätze zu obigen Problemen wieder, während eine im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Software bestehende Methoden implementiert und zum Teil erweitert. Das Übertragungsverhalten wird dabei an verschiedenen Stellungen des Mechanismuses ausgewertet. Dazu wird unter Vorgabe der Aktorstellungen die Stellung des gesamten Mechanismus und des Endeffektors ermittelt. Kleine Wegänderungen an den Aktoren um diesen Arbeitspunkt und die daraus resultierende Änderung der Endeffektorposition ergeben das Übertragungsverhalten an einem Punkt im Arbeitsraum. Nach Abtasten des gesamten Arbeitsraums kann die Güte des Mechanismuses berechnet werden, welche einem numerischen Optimierungsverfahren als Grundlage zu Änderungen an den Mechanismusdimensionen dient. Die Optimierung erfolgt durch einen evolutionären Algorithmus.

Einige Neuerungen gegenüber bestehenden Methoden sind in der Software implementiert:

Der Anwender muss keine analytische Vorarbeit mehr leisten, er muss lediglich den Mechanismus eingeben. Weiter sind sämtliche Algorithmen allgemeingültig implementiert, so dass eine große Klasse von Mechanismen untersucht und optimiert werden kann. Neu ist auch die Berechnung der Stellungen von den passiven Gelenken, was unter anderem eine realistischere Berechnung der Arbeitsraumgrenzen durch Berücksichtigung von Gelenkanschlägen ermöglicht. Statische Kraftberechnungen basierend auf vom Anwender vorgegebenen Belastungsfällen dienen als Konstruktionshilfe für Gelenke und Streben.

Typ des Eintrags: Diplom- oder Magisterarbeit
Erschienen: 2006
Autor(en): Bundt, Matthias
Titel: Entwurfssystem für parallelkinematische Strukturen mit gestellfesten Linearantrieben
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit behandelt Methoden zum Entwurf paralleler Mechanismen. Ein solcher Entwurf besteht aus der Topologiesynthese - der Suche nach einer geeigneten Verteilung von Streben und Gelenken - und der Dimensionssynthese - der Optimierung der Abmessungen. Die Optimierung erfolgt auf bestimmte Leistungsmaße wie beispielsweise die Menge der erreichbaren Endeffektorstellungen - auch Arbeitsraum genannt - und das Wegübertragungsverhalten. Sowohl die Beziehung zwischen der Stellung der Aktoren und dem Wegübertragungsverhalten als auch der Zusammenhang zwischen den Strebenlängen und der Größe des Arbeitsraums sind dabei stark nichtlinear und nur teilweise analytisch berechenbar.

Eine Literaturrecherche gibt bestehende Lösungsansätze zu obigen Problemen wieder, während eine im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Software bestehende Methoden implementiert und zum Teil erweitert. Das Übertragungsverhalten wird dabei an verschiedenen Stellungen des Mechanismuses ausgewertet. Dazu wird unter Vorgabe der Aktorstellungen die Stellung des gesamten Mechanismus und des Endeffektors ermittelt. Kleine Wegänderungen an den Aktoren um diesen Arbeitspunkt und die daraus resultierende Änderung der Endeffektorposition ergeben das Übertragungsverhalten an einem Punkt im Arbeitsraum. Nach Abtasten des gesamten Arbeitsraums kann die Güte des Mechanismuses berechnet werden, welche einem numerischen Optimierungsverfahren als Grundlage zu Änderungen an den Mechanismusdimensionen dient. Die Optimierung erfolgt durch einen evolutionären Algorithmus.

Einige Neuerungen gegenüber bestehenden Methoden sind in der Software implementiert:

Der Anwender muss keine analytische Vorarbeit mehr leisten, er muss lediglich den Mechanismus eingeben. Weiter sind sämtliche Algorithmen allgemeingültig implementiert, so dass eine große Klasse von Mechanismen untersucht und optimiert werden kann. Neu ist auch die Berechnung der Stellungen von den passiven Gelenken, was unter anderem eine realistischere Berechnung der Arbeitsraumgrenzen durch Berücksichtigung von Gelenkanschlägen ermöglicht. Statische Kraftberechnungen basierend auf vom Anwender vorgegebenen Belastungsfällen dienen als Konstruktionshilfe für Gelenke und Streben.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Kinematik Berechnung numerisch, Kinematische Struktur parallel, Kraftberechnung statisch, Optimierung durch Evolution, Programmiersprache C++, Übertragungsverhalten statisch
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2011 10:17
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1612

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 07-03-2006

Ende Datum: 15-09-2006

Querverweis: 17/24 EMKDIS53

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Automatisierungstechnik (AUT)

Abschluss: Diplom (AUT)

ID-Nummer: 17/24 EMKD 1612
Gutachter / Prüfer: Röse, Dipl.-Ing. Andreas ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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