TU Darmstadt / ULB / TUbiblio

Entwurfssystem für parallelkinematische Strukturen mit gestellfesten Linearantrieben

Bundt, Matthias :
Entwurfssystem für parallelkinematische Strukturen mit gestellfesten Linearantrieben.
Technische Universität Darmstadt
[Diploma Thesis or Magisterarbeit] , (2006)

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.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2006
Creators: Bundt, Matthias
Title: Entwurfssystem für parallelkinematische Strukturen mit gestellfesten Linearantrieben
Language: German
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.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Kinematik Berechnung numerisch, Kinematische Struktur parallel, Kraftberechnung statisch, Optimierung durch Evolution, Programmiersprache C++, Übertragungsverhalten statisch
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 31 Aug 2011 10:17
Additional Information:

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)

Identification Number: 17/24 EMKD 1612
Referees: Röse, Dipl.-Ing. Andreas and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
Related URLs:
Export:

Optionen (nur für Redakteure)

View Item View Item