Browsing by Author "Rost, Arne"

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    Untersuchung von Antrieben mit Kunststoff-Faserseilen für den Einsatz in Leichtbau-Gelenkarmrobotern
    (2013) Rost, Arne; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)
    Das erste Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Einsatztauglichkeit und Dauerhaltbarkeit von hochfesten Kunststoff-Faserseilen, z.B. aus High Modulus Polyethylene (HMPE), bei deren Einsatz mit engen Biegeradien in Seilzugantrieben wie dem DoHelix- oder Verdrill-Muskel (StMA). Aufbauend auf dieser Untersuchung und der Betrachtung ähnlicher Antriebskonzepte soll als zweites Ziel ein neues Konzept für einen Seilzugantrieb mit für die Servicerobotik geeigneten Charakteristika generiert werden. Dieser Antrieb soll als drittes Ziel der Arbeit prototypisch in einem Leichtbau-Gelenkarmroboter (LGR) zum Einsatz gebracht und validiert werden. Die Analyse zeigt, dass hochfeste Kunststoff-Faserseile bis dato nicht mit engen Biegeradien zum Einsatz kommen. Weiterhin wird festgestellt, dass nur wenige Untersuchungen zu dünnen, hochfesten Kunststoff-Faserseilen mit Durchmessern zwischen 1 mm und 2 mm durchgeführt wurden. Der Bedarf für experimentelle Reihenuntersuchungen wird abgeleitet. Gleichzeitig wird verdeutlicht, dass viele verschiedene Ansätze für Leichtbau-Gelenkarmroboter und deren Antriebe existieren, diese aber zumeist kostenintensiv sind und somit einen Großteil der Hardwarekosten eines mobilen oder stationären Serviceroboters ausmachen. Auf diesen Analysen aufbauend kann ein bis dato nicht adressierter Bereich für die Entwicklung eines neuen, bidirektional-wirkenden Antriebskonzepts mit Seilzügen identifiziert werden. Im Rahmen der Generierung des auf dem DoHelix-Muskel aufbauenden, bidirektional wirkenden QuadHelix-Antriebskonzepts werden Grundlagen zur Auslegung angegeben und der CAD-Entwurf für einen rotatorischen Freiheitsgrad vorgestellt. Die Untersuchungen zur Praxistauglichkeit und Dauerhaltbarkeit des neu generierten QuadHelix-Antriebs und der bereits bestehenden DoHelix- und Verdrill-Muskel-Konzepte werden in einer geeigneten, eigens generierten Testumgebung angegangen. Es werden nach der Erstellung eines Versuchsplans und einer Versuchsstrategie langlaufende Dauerhaltbarkeit-Versuche und kurzlaufende Belastung-Versuche mit unterschiedlichen Seilmaterialien und Zuladungen durchgeführt und anschließend ausgewertet. Für die abschließende Realisierung des Zielsystems eines Leichtbau-Gelenkarmroboters mit vier Freiheitsgraden wird aufbauend auf den hier gefundenen Ergebnissen ein biologisch-inspiriertes Antriebsmodul mit zwei Gelenkachsen entwickelt, das zwei parallel angeordnete QuadHelix-Antriebe zum Einsatz bringt. Wiederum zwei dieser Antriebsmodule, kombiniert mit einem Greifer, ergeben das Zielsystem, mit welchem eine Handhabungsoperation demonstriert wird. Final werden mögliche Ansätze für zukünftige Optimierungen des QuadHelix-Antriebs und des generierten LGRs „ISEALLA 2“ dargestellt und mögliche Folgeprojekte erläutert.