Beschreibung

Beispiel eines unteraktuierten elastischen Mehrkörpersystems

Traditionelle Maschinenkonstruktionen, wie zum Beispiel von Industrierobotern oder Werkzeugmaschinen, nutzen große Steifigkeiten um unerwünschte elastische Vibrationen zu unterdrücken. Auf diese Weise können hohe Genauigkeiten erreicht werden. In der Regel führt dieser Ansatz jedoch zu einem großen Anstieg der Masse, einem schlechten Verhältnis des Gewichts zur Nutzlast and einem hohen Energieverbrauch. Im Gegensatz dazu sind bei modernen Leichtbau-Konstruktionen die bewegten Massen niedriger, der Energieverbrauch geringer und höhere Geschwindigkeiten möglich. Allerdings entstehen durch die Elastizität der Körper unerwünschte Schwingungen.

Um die großen nichtlinearen Arbeitsbewegungen und die kleinen unerwünschten Schwingungen in einer Simulation abzubilden, muss das System als elastisches Mehrkörpersystem modelliert werden. Die Regelung dieser elastischen Mehrkörpersysteme erfordert häufig den Einsatz moderner nichtlinearer Regelungstechniken. Bei der Anwendung der Regelungstechniken auf elastische Mehrkörpersysteme wird in den meisten Fällen vorausgesetzt, dass die mechanische Konstruktion festgelegt ist und die Regelung dazu benutzt wird, die Schwächen der vorgegebenen Konstruktion auszugleichen.

In diesem Projekt soll ein ganzheitlicher Optimierungsansatz für geregelte elastische Mehrkörpersysteme entwickelt werden. Bei dieser Optimierung werden die mechanische Konstruktion und der Regelungsentwurf gemeinsam betrachtet. Damit ist nicht nur die Regelung an das elastische Mehrkörpersystem angepasst, sondern das elastische Mehrkörpersystem ist so gestaltet, dass es das Regelungssystem ideal unterstützt. Dadurch wird das Gesamtsystem optimiert. Mögliche Konstruktionsparameter bei diesem Optimierungsansatz können die Massen- und Steifigkeitsverteilung, die Körperform, die Lage zusätzlicher Aktuatoren und Sensoren sowie Regelungsparameter sein. In Zukunft soll dieser ganzheitliche Optimierungsansatz genutzt werden, um moderne Arbeitsmaschinen, welche sich durch Flexibilität, Geschwindigkeit, Genauigkeit und einen geringen Energieverbrauch auszeichnen, zu gestalten.

Ansprechpartner

• Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Peter Eberhard