Struktursynthese und Low-Cost-Sensorkonzept für Hexapoden
Fördermaßnahme: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Förderkennzeichen: SCHL 275/15-1
Laufzeit: 01.08.2017 bis 31.08.2020
Vorhabensbeschreibung
Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, ein neues und umfassendes Verständnis über Hexapoden zu erhalten. Im ersten Teil des Forschungsprojekts soll ein neues Konzept zur Bestimmung des Roboterfreiheitsgrads formuliert werden, der unterschiedliche Antriebsarten (hydraulisch, elektrisch), Führungen sowie Gelenkkombinationen (Kardan-, Kugel-, Doppelgelenk) berücksichtigt. Im zweiten Teil des Projekts soll ein neues und eigenständiges Sensorkonzept entwickelt werden, in dem die Position und Orientierung eines gewöhnlichen Hexapods mit Hilfe von Inertialsensoren ermittelt wird. Das Sensorkonzept wird anschließend auf unseren zweibeinigen Schreitroboter CENTAUROB angewendet. Im dritten Teil des Projekts soll das kinematische Modell mit Hilfe von Quaternionen formuliert werden, um Rechendauer und Rundungsfehler während der Bewegung zu verringern.
Mit den Ergebnissen dieses Forschungsprojekts werden sowohl das Problem der Bestimmung des Freiheitsgrads komplexer paralleler Strukturen als auch das Problem der Vorwärtskinematik gelöst.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Arthur Seibel
Prof. Dr. E.h. Dr.-Ing. habil. Josef Schlattman
Validierung eines innovativen Konzepts zur eindeutigen Lösung der Vorwärtskinematik von Parallelkinematiken
Fördermaßnahme: WIPANO - Wissens- und Technologietransfer durch Patente und Normen
Förderkennzeichen: 03THW02G04
Anhängliches Patent: Aktenzeichen 10 2017 104 189.3
Laufzeit: 01.10.2017 bis 31.12.2018
Problemstellung
Parallelkinematiken sind Führungsgetriebe, die mindestens zwei voneinander unabhängige Füh-rungsketten besitzen, um das ortsfeste Gestell mit der beweglichen Arbeitsplattform zu verbinden. Jede Führungskette besteht dabei aus aktiven und passiven Gelenken sowie Verbindungselementen.
Bei der Vorwärtskinematik wird die Lage der Arbeitsplattform aus den Stellungen der aktiven Gelenke bestimmt. Dies ist aufgrund der nicht-linearen Schließungsbedingungen nicht eindeutig lösbar und kann im Allgemeinen nur durch das Hinzuziehen weiterer Informationen gelöst werden.
Vorhabenbeschreibung
Zur Lösung der Vorwärtskinematik von Parallelkinematiken und insbesondere Hexapoden, das heißt zur Bestimmung der Lage (Position und Orientierung) der Arbeitsplattform, sollen ausschließlich die Orientierungen der mobilen Plattform und der aktiven Gelenke verwendet und somit auf die Ermittlung der Längen der aktiven Gelenke vollständig verzichtet werden. Als Beispiel empfehlen sich inertiale Messeinheiten, die aus mehreren Inertialsensoren bestehen und mit denen sich die Orientierung und Bewegung beliebiger Körper detektieren lässt.
Das Gesamtziel dieses Vorhabens ist die „wirtschaftliche Validierung“. Die Innovation besitzt zahlreiche Potentiale, die in der Vorhabensbeschreibung erläutert werden. Auch die Funktionalität der Innovation konnte bereits gezeigt werden, das heißt, es wurde mathematisch gezeigt, dass mit exakten Messwerten der Inertialsensoren auch die exakte Lage der Arbeitsplattform bestimmt werden kann. Es fehlt hingegen noch an der Validierung, dass auch bei fehlerhaften Messsignalen - und in der Realität sind alle Messsignale durch einen Offset oder ein Rauschen verfälscht - exakte Messergebnisse erhalten werden können. In diesem Vorhaben soll genau diese Validierung durchgeführt werden. Dafür soll ein exakt kalibrierter Hexapod angeschafft und als Referenzsystem verwendet werden. Nach erfolgreicher Implementierung der Innovation an den Hexapoden sollen die Messergebnisse verglichen und ausgewertet werden.
Im Anschluss an diese Validierung sollen zwei neue Ansätze untersucht und methodisch ausgearbeitet werden, die die Wirtschaftlichkeit der Innovation verbessern und eine spätere Vermarktung und vereinfachen. Dabei soll zum einen eine Lagebestimmung implementiert werden, die ausschließlich auf den Orientierungen der aktiven Gelenke beruht und zum anderen eine kontinuierliche Lagebestimmung ermöglicht werden.
Ansprechpartner
Dr.-Ing. Arthur Seibel