Durchschlagende Mechanismen für Parallelroboter

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Beseitigung eines prinzipiellen Nachteils von Parallelrobotern gegenüber seriellen Robotern, dem ungünstigeren Verhältnis von Arbeitsraum zu Bauraum. Das Auftreten von Singularitäten vom Typ 2 bei Parallelrobotern ist ein Grund für diesen Nachteil. Dies sind Lagen, in denen der Roboter nicht mehr steuerbar ist. Kräfte, die in solchen Lagen über die Antriebe eingeleitet werden, können zur Zerstörung der Struktur führen. Kräfte, die in solchen Lagen am Endeffektor wirken, können in der Robotersteuerung zum Verlust der Information über die Position des Endeffektors führen. Bisher werden solche Lagen durch die Auslegung des Roboters und die Programmierung der Robotersteuerung vermieden. Da ein Parallelroboter zumeist auf beiden Seiten solcher singulären Lagen sicher positioniert werden kann, würde ein Durchfahren dieser Lagen zu einer signifikanten Vergrößerung des nutzbaren Arbeitsraums führen. Dieser Ansatz, der in der Getriebelehre bei zwangsläufigen Mechanismen mit dem Freiheitsgrad Eins als Durchschlagen bezeichnet wird, wird im Rahmen dieser Arbeit umgesetzt. Um zu ermitteln, wann ein Durchschlagen zur Arbeitsraumvergrößerung möglich ist, werden die unterschiedlichen Arbeitsräume eines Parallelroboters systematisiert und über gemeinsame Singularitäten miteinander verknüpft. Zudem werden unterschiedliche Möglichkeiten erarbeitet, wie Singularitäten ohne die Struktur zu zerstören oder die Endeffektorposition in der Robotersteuerung zu verlieren. Zur Verifikation der erarbeiteten Ansätze wird ein ebener Parallelroboter als Funktionsmuster entwickelt. Die erstmalige Umsetzung der Vergrößerung des Arbeitsraums eines Parallelroboters über ein kontrolliertes Durchschlagen zeigt abschließend die durch die entwickelten Konzepte erzielbare Leistungsverbesserung von Parallelrobotern.