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Parallel-kontinuierliche Manipulatoren – Egalisierung strukturindividueller Nachteile durch Kombination von Parallel- und Kontinuumsrobotern

Rendering einer parallel-kontinuierlichen Manipulators.

Durch die Verkopplung mehrerer parallel angeordneter seriell-kinematischer Ketten weisen parallelkinematische Manipulatoren (PKM) sowohl eine hohe Dynamik als auch eine hohe Genauigkeit auf. Allerdings ergeben sich aus der Architektur dieser Manipulatoren Nachteile wie ein verhältnismäßig kleiner Arbeitsraum sowie das vermehrte Auftreten von Singularitäten in diesem.

Dem gegenüber stehen Kontinuumsroboter, welche anstatt starrer Gelenke sowie Verbindungen aus flexiblen Materialien bestehen. Sie besitzen somit eine hohe Anzahl an Freiheitsgraden, was zu einer hohen Dexterität sowie Manipulierbarkeit des Roboters führt. Weiterhin sind sie aufgrund ihrer gelenklosen Struktur hervorragend miniaturisierbar. Im Gegensatz zu klassischen Roboter ist ihre Struktur oft sehr nachgiebig, was zu begrenzten Manipulationskräften führt.

Dieses Projekt hat zum Ziel die Vorteile beider Roboterarchitekturen zu kombinieren, indem Kontinuumsroboter als kinematische Ketten für parallele Manipulatoren eingesetzt werden. Unsere Vision ist ein resultierender paralleler Roboter, dessen Arbeitsraum größer ist als bei klassischen parallelen Manipulatoren. Gleichzeitig besitzt er eine höhere Dexterität sowie eine homogenere Leistungsverteilung als klassische PKM und kann bei einem vergleichsweise geringen Gewicht größere Kräfte aufnehmen als seriell-kinematische, kontinuierliche Roboter.

Ziele

  • Konzeptuelle Erarbeitung möglicher parallel-kontinuierlicher Roboterstrukturen mit einheitlicher Klassifikation sowie Notation
  • Modellierung parallel-kontinuierlicher Manipulatoren
  • Untersuchung des Arbeitsraumes sowie Bestimmung von kinematischen Leistungsmerkmalen (Positionsgenauigkeit, Dexterität, Singularitäten, …)
  • Bau von Funktionsmustern
  • Experimentelle Validierung

Beteiligte LKR Wissenschaftler und Studierende

  • Sven Lilge
  • Can Zhou (HiWi)