C1 | Neue Maschinenelemente für Parallelroboter
Die Zielsetzung des TP C1 besteht in der Entwicklung neuer an Parallelstrukturen angepasster und optimierter Maschinenelemente. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt dabei auf Gelenken für Parallelroboter.
Im Rahmen dieses Teilprojektes wurde eine Systematik zur Entwicklung von passiven Gelenken für Parallelroboter erarbeitet. Aufgrund der vorgeschlagenen Systematik wurden passive Gelenke mit mehreren Freiheitsgraden für die vorhandenen Versuchsträger (FÜNFGELENK, HEXA, TRIGLIDE) entwickelt (vgl. Abbildung 1) und sowohl unter Laborbedingungen, als auch im Betrieb, experimentell erprobt. Die Gelenke zeichnen sich vorzugsweise durch große Beweglichkeit, hohe Tragfähigkeit und die Möglichkeit zur Sensorintegration aus.
Abbildung 1: Modular aufgebautes Kreuzgelenk mit f = 2 + 1 für den HEXA Versuchsträger. Der Bewegungsbereich beträgt 360° für die 1. und 3. und 270° für die 2. Bewegungsachse.
Um die widersprüchlichen Anforderungen in diversen Betriebszuständen eines Parallelroboters zu erfüllen, werden anpassungsfähige Gelenke benötigt. Auf Basis der VDI-Richtlinie 2221 (Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte) wurde deshalb ein an die parallelroboterspezifischen Zusammenhänge angepasster systematischer Ablaufplan zur Entwicklung von adaptronischen Gelenken erarbeitet. Als Ausführungsbeispiele wurden zusammen mit TP C2 zwei modular aufgebaute Drehgelenkprototype entwickelt. Beim ersten Gelenk (Abbildung 2, links) wird die Anforderung an Adaptivität in verschiedenen Betriebszuständen mit dem Prinzip der quasistatischen Spieleinstellung gelöst. Beim zweiten Prototyp (Abbildung 2, rechts) wird die Adaption an unterschiedliche Betriebszustände durch Reibungsminderung mittels Hochfrequenzanregung erzielt. Reibungseigenschaften der entwickelten adaptronischen Gelenke werden an einem selbst entwickelten Prüfstand experimentell untersucht.
Abbildung 2: Adaptronische Drehgelenke basierend auf quasistatischer Spieleinstellung (links) und basierend auf hochfrequenter Anregung (rechts)
Neben den Untersuchungen bezüglich der Gelenksteifigkeit und Tragfähigkeit wird die Komponentenerprobung unter anderem durch tribologische Untersuchungen erweitert. Um die Eigenschaften der Gelenke hinsichtlich Trägheiten, Steifigkeit, Reibung und Verschleiß weiter zu verbessern, wurden gezielte Untersuchungen von Werkstoffalternativen durchgeführt. Weitere Arbeiten sind die Lösungssuche nach geeigneten Verbindungstechniken für die Strukturelemente sowie eine Lösungssammlung zur Energie- und Signalübertragung bei Parallelrobotern.
Die zukünftigen Arbeiten innerhalb des TP C1 beziehen sich auf die Weiterentwicklung und Optimierung von adaptronischen Gelenken. Weiterhin sollen sie in einem vorhandenen Versuchsträger im Betrieb erprobt werden. Mit den gewonnenen Erfahrungen werden adaptronische Gelenke mit mehr als einem Freiheitsgrad entwickelt. Weitere geplante Arbeiten beinhalten Untersuchungen zu verschiedenen konstruktiven Maßnahmen, die zur weiteren Verbesserung der Eigenschaften von passiven Gelenken führen. Die systematische Analyse von Werkstoffalternativen wird fortgeführt.