Analyse und Synthese von Werkzeugmaschinen mit paralleler Kinematik

Dipl.-Ing. Pott, Andreas

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In dieser Arbeit werden Methoden zur Maßsynthese von Parallelkinematik-Werkzeugmaschinen für gegebene Prozessanforderungen untersucht. Dazu wird zunächst ein generisches Modell einer Maschine vorgeschlagen, das aus einem Baukasten von Komponenten zusammengestellt wird und das eine Analyse der kinematischen Eigenschaften anhand der kinetostatischen Methode erlaubt. Durch Kombination der Module kann leicht eine ganze Familie verschiedener PKM modelliert werden. Für diese Mechanismen wird die Berechnung der inversen und direkten Kinematik automatisiert. Es wird ein allgemeines Verfahren vorgestellt, das eine vollständige Sensitivitätsanalyse und darauf aufbauend eine Untersuchung der Genauigkeit und Steifigkeit der Maschine erlaubt. Ferner wird skizziert, wie sich das generische Modell für die Kalibrierung von PKM verwenden lässt. Die Berechnung und Verifizierung des Arbeitsraums einer PKM wird als sog. constraint satisfaction problem formuliert und ausführlich anhand von der Intervallanalyse untersucht. Besonderes Augenmerk wird dabei einer Methode gewidmet, die alle Arbeitsschritte innerhalb eines Programmgerüsts (Framework) zusammenfasst. Damit kann ein Anwender von einer vorläufigen Analyse bis hin zur Maßsynthese und Optimierung alle Berechnungen mit dem gleichen Modell durchführen. Durch den modularen Aufbau kann frei ausgewählt werden, welche Prozessanforderungen für die jeweilige Berechnung berücksichtigt werden. Bei der Maßsynthese werden alle geometrischen Parameter einer Klasse von Maschinen bestimmt, so dass jede dieser Maschinen über die vorgegebenen Eigenschaften verfügt. Anhand dieser Menge gültiger Varianten werden durch eine globale Optimierung Maschinen ermittelt, die eine ausgewählte Zielfunktion minimieren. Aufgrund der speziellen Eigenschaften der verwendeten Intervallanalyse wird diese Optimierung so gestaltet, dass das globale Minimum garantiert gefunden wird. Da die Algorithmen sehr rechenintensiv sind, wird eine Implementierung für parallele Computer vorgeschlagen.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Maschinenbau und Verfahrenstechnik » Institut für Mechatronik und Systemdynamik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften
Stichwörter:
Parallelkinematik-Werkzeugmaschine, Sensitivitätsanalyse, Intervallanalyse, Entwurf, Maßsynthese, Optimierung, Arbeitsraum, Steifigkeit, Kalibrierung
Beitragende:
Prof. Dr.-Ing. habil. Hiller, Manfred [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr.-Ing. Verl, Alexander [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
29.03.2007
Dokument erstellt am:
08.10.2007
Promotionsantrag am:
29.09.2006
Dateien geändert am:
02.10.2007
Medientyp:
Text
Quelle:
Diese Dissertation ist im VDI-Verlag Düsseldorf als Fortschritt-Bericht VDI Reihe 20 Nr. 409 erschienen.