Universität Stuttgart
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Item Open Access Mechatronic control system for a compliant and precise pneumatic rotary drive unit(2019) Stoll, Johannes T.; Schanz, Kevin; Pott, AndreasItem Open Access Entwicklung und Analyse nachgiebiger pneumatischer Drehantriebe(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Stoll, Johannes T.; Pott, Andreas (Priv.-Doz. Dr.-Ing.)Für den Antrieb kollaborativer Knickarmroboter stellen pneumatische Antriebe eine Alternative zu den bewährten elektrischen Antriebseinheiten dar. In der vorliegenden Arbeit wird zunächst hergeleitet, welche charakteristischen Eigenschaften pneumatische Drehantriebe für den Einsatz in kollaborativen Knickarmrobotern haben sollten (servopneumatisch positionierbar, nachgiebig, endlos drehbar). Nach einem Überblick zum Stand der Technik werden drei mechanische Antriebskonzepte vorgestellt, in denen jeweils ein mechanisches Funktionsprinzip mit geeigneten Aktoren kombiniert wird. Im ersten Antriebskonzept werden pneumatische Faltenbälge in Kombination mit dem mechanischen Funktionsprinzip einer Schubkurbel bzw. Kurbelwelle eingesetzt. Das zweite Antriebskonzept nutzt eine Taumelscheibe, um die Zugkraft pneumatischer Muskeln zu wandeln und eine endlose Drehung der Welle zu bewirken. Neu entwickelte Aktoren aus Feuerwehrschlauch - die sogenannten Fire-Hose-Actuators - kommen im dritten Antriebskonzept zum Einsatz. Die Aktoren üben darin eine Druckkraft auf den exzentrischen Teil der Antriebswelle aus. Es wird erneut das Funktionsprinzip einer Schubkurbel genutzt. In der Modellbildung wird ein allgemeines, parametrierbares Modell für den Länge-Druck-Kraft-Zusammenhang der Aktoren präsentiert und für alle Drehantriebe ein Modell des statischen Drehmoments hergeleitet. Darüber hinaus wird eine Theorie entwickelt, die für endlos drehbare Antriebe bereits in der Entwurfsphase eine grobe Abschätzung des maximal kontinuierlich verfügbaren Drehmoments anhand weniger Eingangsparameter liefert. In der Evaluation wird die statische Drehmomentverteilung aller Drehantriebe gemessen. Alle Drehantriebe sind endlos drehbar und verfügen über eine einstellbare Steifigkeit. Das maximal kontinuierlich verfügbare Drehmoment der Antriebe kann mit 4,3 Nm, 17,6 Nm und 63,1 Nm angegeben werden. Eine servopneumatische Positionierung ist mit allen Drehantrieben möglich.Item Open Access A laser-based direct cable length measurement sensor for CDPRs(2021) Martin, Christoph; Fabritius, Marc; Stoll, Johannes T.; Pott, AndreasAccuracy improvement is an important research topic in the field of cable-driven parallel robots (CDPRs). One reason for inaccuracies of CDPRs are deviations in the cable lengths. Such deviations can be caused by the elongation of the cable due to its elasticity or creep behavior. For most common CDPRs, the cable lengths are controlled using motor encoders of the winches, without feedback about the actual elongation of the cables. To address this problem, this paper proposes a direct cable length measurement sensor based on a laser distance sensor. We present the mechanical design, the first prototype and an experimental evaluation. As a result, the measurement principle works well and the accuracy of the measured cable lengths is within -2.32 mm to +1.86 mm compared to a range from -5.19 mm to +6.02 mm of the cable length set with the motor encoders. The standard deviation of the cable length error of the direct cable length measurement sensor is 58% lower compared to the one set with the motor encoders. Equipping all cables of the cable robot with direct cable length measurement sensors results in the possibility to correct cable length deviations and thus increase the accuracy of CDPRs. Furthermore, it enables new possibilities like the automatic recalibration of the home pose.