07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Analyzing and optimizing multibody systems(1992) Bestle, Dieter; Eberhard, PeterOptimization of holonomic as well as non-holonomic multibody systems is presented as a nonlinear programming problem that can be solved with general-purpose optimization codes. The adjoint variable approach is used for calculating design derivatives of a rather general integral type performance measure with respect to design parameters. The resulting equations are solved by numerical integration backward in time. A multi-step integration algorithm with order and step-size control is adapted for this application by including an interpolation scheme. Numerical experiments and a comparison to the common approach of approximating the gradient of the performance measure by finite differences show that high efficiency, accuracy, and reliability are achievable.Item Open Access Prospects of the German multibody system research project on vehicle dynamics simulation(1992) Schiehlen, WernerThe German Research Council (DFG) decided 1987 to establish a nationwide research project devoted to dynamics of multibody systems. In this project 14 universities and research centers are cooperating with the goal to develop a general purpose multibody system software package. This concept provides the opportunity to use a modular structure of the software, i.e. different multibody formalisms may be combined with different simulation programmes via standardized interfaces. For the DFG project the database RSYST was chosen using standard FORTRAN 77 and an object oriented multibody system datamodel was defined. According to the modular concept the requirements of vehicle system dynamics as tire models or railway wheel-rail models, respectively, are easily met. The Iltis benchmark problem is used to demonstrate some features of the object oriented datamodel.Item Open Access Cooperative search by combining simulated and real robots in a swarm under the view of multibody system dynamics(2013) Tang, Qirong; Eberhard, PeterThis paper presents a new approach for cooperative search of a robot swarm. After modeling the robot, the mechanical Particle Swarm Optimization method is conducted based on physical robot properties. Benefiting from the effective localization and navigation by sensor data fusion, a mixed robot swarm which contains both simulated and real robots is then successfully used for searching a target cooperatively. With the promising results from experiments based on different scenarios, the feasibility, the interaction of real and simulated robots, the fault tolerance, and also the scalability of the proposed method are investigated.Item Open Access Werkzeuge zur Simulation von Mehrkörpersystemen(1992) Leister, Günter; Schiehlen, WernerDas dynamische Verhalten von komplexen mechanischen Systemen beeinflußt maßgeblich die Bauteildimensionierung und die Funktionalität von Konstruktionen. Bei der Konzeption von Fahrzeugen, Maschinen und Robotern muß daher dem dynamjschen Verhalten große Beachtung geschenkt werden. Für den Konstrukteur ist es dabei wünschenswert, in einem möglichst frühen Stadium der Konstruktion zuverlässige Aussagen über das dynamische Verhalten zu haben. Ein bewährtes Vorgehen hierfür ist die Simulation des dynamischen Verhaltens mit Rechenmodellen. Die Aufstellung der Bewegungsgleichungen und die Einbindung der Gleichungen in eine geeignete Simulationsumgebung ist vor allem bei großen Ersatzmodellen aufwendig und fehlerträchtig. In diesem Beitrag werden die speziell für die Mehrkörperdynamik konzipierten Werkzeuge NEWEUL und NEWSIM vorgestellt. Ausgehend von der Mehrkörpersystembeschreibung generiert das Programmpaket NEWEUL symbolische Differentialgleichungen und stellt alle für eine automatische Simulation erforderlichen Informationen bereit. Das Programmsystem NEWSIM verwendet anschließend die symbolischen Bewegungsgleichungen in kompilierter Form für die Simulation. Durch die Verwendung eines obiektorientierten Datenmodells stellen die Programme NEWEUL und NEWSIM Werkzeuge eines modulares Programmpaket für die Mehrkörperdynamik dar. Dieses Vorgeben wird am Beispiel eines Mehrfachpendels und eines Ackerschleppers erläutert.Item Open Access Application of parallel computing to robot dynamics(1993) Schäfer, Peter; Schiehlen, WernerIn this paper an approach for the application of parallel processing to the dynamic analysis of robots based on the multibody system method is presented. The inherent structure of the symbolic equations of motion is used for partitioning those into independent modules for concurrent evaluation. The applied strategies for parallelization include the parallel evaluation of subsystem equations and the parallel computation of the inertia matrix along with its factorization, and of the force vectors and control inputs. The implementation of the parallel structures is discussed with respect to optimal utilization of transputer resources. The presented approach yields a strong reduction of computing time and supports real-time simulations of controlled robots, which is also shown in an example.Item Open Access Ein Baukastenkonzept für Modellerstellung, Simulation und Optimierung von Fahrzeugen(1992) Leister, Günter; Schiehlen, WernerDie Methode der Mehrkörpersysteme wird bei der Simulation von Fahrzeugen seit Jahren mit Erfolg eingesetzt. Dabei sind die zu untersuchenden Ersatzmodelle immer umfangreicher geworden. In der Fahrzeugdynamik werden deshalb Mehrkörpersysteme häufig in Komponenten zerlegt, die sowohl als Einzelmodell aber auch in Verbindung mit anderen Modellen verwendet werden und die einzeln verifiziert sind. Mit Hilfe eines objektorientierten Datenmodells für Mehrkörpersysteme ist die Wiederverwendung derartiger Komponenten, wie beispielsweise kompletten Radaufhängungen, leicht möglich. Eine zentrale Rolle im Gesamtablauf einer Dynamikanalyse spielen Formalismen zur Aufstellung, sowie Integrationsverfahren zur Lösung der Bewegungsgleichungen. Sollen Formalismen und Integrationsverfahren innerhalb einer modularen Software-Umgebung verwendet werden, so müssen die zugrunde liegenden Berechnungsmethoden automatisiert ablaufen. Es werden Methoden zur automatischen Aufstellung und Simulation symbolischer Bewegungsgleichungen von Mehrkörpersystemen vorgestellt. Ausgehend von einem standardisierten Datenmodell für Mehrkörpersysteme werden mit dem Programmsystem NEWEUL symbolische Bewegungsgleichungen in Minimalform aufgestellt und problemspezifische Simulationsprogramme automatisch generiert. Diese werden in compilierter Form innerhalb des Programmsystems NEWSIM für die Simulation verwendet. Dies wird an einem Beispiel aus der Fahrzeugdynamik verdeutlicht.Item Open Access Multibody systems and robot dynamics(1990) Schiehlen, WernerThe method of multibody system has been developed during the last two decades with application to various engineering topics, including robotics and walking machines. On the other hand, special algorithms for robot dynamics are available featuring the high computational efficiency required for control purposes. This paper shows the close relation between both approaches. Essential criteria for the effeciency of dynamics software are the numbers of coordinates used, which should be minimal. For illustration a two-body system is considered, including open and cIosed loop configurations.Item Open Access Walking without impacts as a motion/force control problem(1992) Blajer, Wojciech; Schiehlen, WernerThe paper deals with the synthesis of control for impactless bipedal walking. In order of avoid impulses, both the specified motion of the biped and its ground reactions are controlled, yielding a combined motion and force control problem. A method for modeling and solving such problems is proposed. and then illustrated by the example of an impactless planar walk of a seven-link bipedal robot. Some numerical results of the motion simulation are reported.Item Open Access Lage- und Kraftregelung strukturvariabler mechanischer Systeme(1982) Schiehlen, WernerStrukturvariable mechanische Systeme sind in der Fertigungstechnik und bei Transportvorgängen häufig zu finden. Eine wichtige Aufgabe besteht darin, geeignete Regelgesetze für einen sanften Bewegungsablauf ohne Kraftsprünge und Kraftimpulse (Stöße) zu finden. Es werden zunächst die Bewegungs- und Reaktionsgleichungen von Mehrkörpersystemen mit Minimalkoordinaten aufgestellt. Dann werden geeignete Regelgesetze entworfen, welche die Sollbewegung sicherstellen und kleine Störungen in den Sensorsignalen ausregeln. Die Methode wird am Beispiel einer ebenen, aus sieben starren Körpern aufgebauten Gehmaschine verdeutlicht. Der Bodenkontakt des abhebenden Fußes erweist sich als vollständig steuerbar, so daß Kraftsprünge beim Übergang von der Stützphase in die Schwingphase vermieden werden können. Der auftretende Fuß erreicht den Boden ohne Stoß.Item Open Access The software NEWEUL(1993) Leister, Günter; Kreuzer, Edwin; Schiehlen, WernerThe software package NEWEUL is delivered in source code along with user's manuals. Also, a collection of test examples of various fields of application is provided which makes it easy to get started and demonstrates many of the features of NEWEUL.