A1 | Wissensunterstützte Entwicklungsmethoden und modulares Baukastenkonzept
Aufgabe des Teilprojekts A1 ist es, Grundlagen für die wissensbasierte Unterstützung des Entwicklungsprozesses von parallelen Roboterstrukturen zu erarbeiten. Dabei ist das angestrebte Ziel die Schaffung einer durchgehenden Entwicklungsumgebung, die den Auslegungsprozess von der Anforderungserfassung über die Strukturauswahl und die kinematische Analyse bis hin zur Optimierung der dynamischen Eigenschaften ermöglicht.
In den vergangenen Förderzeiträumen entstand ein Softwarewerkzeug zur Handhabung der Anforderungen an das Gesamtsystem eines Roboters oder an einzelne Teilkomponenten. Zur Speicherung und effektiven Nutzung vorhandenen Wissens wurde auf Basis des Prinzips der Konstruktionskataloge ein rechnergestütztes, dynamisches Werkzeug entwickelt und sukzessive mit neuen Informationen erweitert.
Es wurde eine Systematik zur Unterstützung der Strukturauswahl entwickelt. Ausgehend von definierten Anforderungsklassen begleitet diese auf verschiedenen kinematischen Abstraktionsebenen den Aufbau paralleler Strukturen, wobei der modulare Aufbau solcher Strukturen aus mehreren Gelenkketten ausgenutzt wird. Auf diesem Aufbau basiert auch die modulare kinematische Analyse, die die kinematische Berechnung von vollparallelen Strukturen erlaubt. Außerdem konnte ein modulares Baukastenkonzept zur Konfiguration von Robotern entwickelt werden, dass sowohl vollparallele als auch hybride Strukturen (s.u.) abbilden kann.
Ein Nachteil paralleler Strukturen ist ein schlechtes Verhältnis von Arbeitsraum zu Bauraum. Ein Ansatz diesen Nachteil aufzulösen ist der Einsatz hybrider Strukturen aus parallelen und seriellen Strukturelementen. Für deren Synthese wurde ergänzend zur vorhandenen Systematik eine Vorgehensweise auf Basis der Graphen- und Schraubenvektortheorie erarbeitet. Ein weiterer Ansatz ist das gezielte Durchfahren von Singularitäten, also von Positionen, in denen ein Roboter nicht kontrollierbar ist. Dieses sog. Durchschlagen erlaubt den Wechsel in eine andere Strukturkonfiguration und so eine Vergrößerung des Arbeitsraums durch Überlagerung der jeweiligen Arbeitsräume der einzelnen Strukturkonfigurationen (s. Abbildung 1).
Die Entwicklungsumgebung bündelt die eingesetzten Werkzeuge und unterstützt die Entwickler mit Hilfe eines durchgängigen Datenflusses. Das erarbeitete Konzept für diese Umgebung wurde schrittweise umgesetzt. Hier spielte vor allem die konsistente Umsetzung der Roboterparameter zwischen den verschiedenen reduzierten Datenmodellen der verwendeten Software-Werkzeuge eine große Rolle.
Es wurden zwei Versuchsträger auf Basis der bekannten HEXA- und TRIGLIDE-Struktur (s. Abbildung 1) neu konstruiert und aufgebaut. Diese stehen anderen Teilprojekten als Plattform zur Erprobung der entwickelten Methoden und Komponenten zur Verfügung. Das Teilprojekt A1 übernimmt die Koordination der Arbeiten an den Versuchsträgern.
Abbildung 1: Arbeitsräume der Arbeitskonfigurationen und Summenarbeitsraum des im zweiten Förderungszeitraum entwickelten Demonstrators TRIGLIDE
Es sind unter anderem folgende zukünftige Arbeiten vorgesehen:
Auf der Basis der umfangreichen Arbeiten hinsichtlich der Strukturauswahl und Anforderungsverarbeitung sollen nun für die Prinzipielle Phase der Entwicklung Parallelstrukturen systematisch mit Hilfe von graphen- und gruppentheoretischen Überlegungen grundsätzlich charakterisiert werden. Ein weiterzuentwickelndes hierarchisch gegliedertes Anforderungssystem soll die zielgerichtete und zuverlässige Auswahl von Strukturen mit hohem Optimierungspotenzial ermöglichen.
Die Flexibilität von Parallelrobotern soll durch drei Ansätze erhöht werden: Es wird zum einen ein effektives Variantenmanagement entwickelt. Zum anderen wird auf dem Gebiet der Arbeitsraumvergrößerung sowohl die Dauer als auch der Raumbedarf bei einem Konfigurationswechsel optimiert. Schließlich werden grundlegende Konzepte zur statischen und dynamischen Rekonfiguration erarbeitet.
Bei der Umsetzung der alle Werkzeuge bündelnden Entwicklungsumgebung sollen weitere Schnittstellen implementiert werden. Es ist zusätzlich vorgesehen automatisierte Simulationsläufe zu untersuchen und in der Entwicklungsumgebung zu realisieren