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Komponentenbasiertes Modell eines Industrieroboters zur bedarfsgerechten Dimensionierung

ISBN: 978-3-86359-815-0

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Kurzübersicht

Bisher existierende Robotermodelle liefern keine Information über den Einfluss einzelner Komponenten. Die bereits existierenden Komponentenmodelle sind detailliert, aber rechenintensiv und erfordern eine hohe Detailkenntnis über den exakten Aufbau der Komponenten. In dieser Arbeit wird ein komponentenorientiertes Modell beschrieben, mit dessen Hilfe in einem frühen Entwurfsstadium Robotereigenschaften besser bewertet sowie Komponenten zielgerichtet ausgelegt werden können.

Komponentenbasiertes Modell eines Industrieroboters zur bedarfsgerechten Dimensionierung

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Details

Bisher existierende Robotermodelle liefern keine Information über den Einfluss einzelner Komponenten. Die bereits existierenden Komponentenmodelle sind detailliert, aber rechenintensiv und erfordern eine hohe Detailkenntnis über den exakten Aufbau der Komponenten. Zusätzlich benötigen sie Parameter, die aus Messungen identifiziert werden müssen. Mit Hilfe eines komponentenorientierten Modells können bereits in einem frühen Entwurfsstadium Robotereigenschaften besser bewertet sowie Komponenten zielgerichtet ausgelegt werden. Die Modellierung in dieser Arbeit ist in die Beschreibung der Tragstruktur als elastisches Mehrkörpersystem und den Antriebsstrang zur Übertragung der Drehbewegung aufgeteilt. Für die Strukturteile werden die Bewegungs- gleichungen eines räumlich bewegten biege-elastischen Balken definiert. Auf Basis der Hertz’schen Pressung wird für Wälzlager die nichtlineare Steifigkeitsmatrix bestimmt. Zusätzlich wird die Biege- und Torsionsstei- figkeit von Verkabelungen im Robotermodell berücksichtigt. Ebenfalls wird durch eine Steifigkeits- und Dämpfungsmatrix die in den Verschraubungen auftretende Fügestellendämpfung beschrieben. Der Antriebsstrang wird nicht nur als Torsionsschwingerkette, sondern auf Grund von Querbelastungen aus Stirnrad- und Riemengetrieben als elastisches Mehrkörpersystem modelliert. Für die Modellierung gelagerter Wellen werden die detaillierten Beschreibungen der Strukturteile und Wälzlager bedarfsgemäß reduziert. Eine periodisch schwankende, nichtlineare Steifigkeit und eine mehrdimensionale Kraftkopplung im Zahnkontakt kennzeichnen ein Stirnradgetriebe. Riemengetriebe werden durch translatorische Längsschwingungen im freien Trum und im Zahnriemenkontakt modelliert. Für die in der Robotik am häufigsten eingesetzten Getriebetypen - Harmonic-Drive-Getriebe, Planetengetriebe und Zykloidengetriebe - wird jeweils ein phänomenologisches Modell vorgestellt. Die Bewegungsgleichungen der Komponenten werden in Modelica implementiert und die Simulation erfolgt mit Dymola. Eine Validierung des Modells erfolgt mit der statischen Nachgiebigkeit sowie der Torsionssteifigkeit des Antriebsstrangs einer Achse.

Zusatzinformation

Autor Weiser, Tobias
ISBN/Artikelnr. 978-3-86359-815-0
Gewicht 0.266 kg
Erscheinungsdatum 18.02.2020
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