Thema

Titel: Modellierung des Übergangverhaltens von hängendem zu voll-gespannten Seil
Typ:
  • Bachelorarbeit
  • Studienarbeit
  • Masterarbeit
Betreuer:
Status: offen

Hintergrund

Parallele Seilroboter sind in ihrem Grundaufbau den Gough/Stewart-Plattform entsprechend. Der wesentliche Unterschied besteht im Ersetzen der starren prismatischen oder sphärischen Antriebe durch flexible Seile, die auf Trommeln aufgewickelt werden. Durch die Längung der Seile kann die mobile Plattform eines Seilroboters positioniert werden. Aufgrund der so verringerten Masse der antreibenden Komponenten erreichen Seilroboter höhere Dynamiken und ermöglichen größere Arbeitsräume bei gleichzeitig verbessertem Eigengewicht/Nutzlastverhältnis gegenüber ihren starren Vertretern.

Problemstellung

Für den ordnungsgemäßen Betrieb von Seilrobotern ist es notwendig, die Seile unter Spannung zu halten. In der Regel wird dies durch Seilkraftregler realisiert, die ihre Sollgröße von einer gültigen Seilkraftverteilung beziehen. Diese Seilkraftverteilungen sind so bestimmt, dass sie entlang einer Trajektorie stetig und kontinuierlich sind. Das heißt, es existieren keine Sprünge in den Verläufen. Da die Steuerungssoftware selber aber nur dediziert arbeitet (die Zykluszeit der Motion Control beträgt 1ms) kann es zu Unstetigkeiten im wahren Verlauf der Seilkraft kommen - vor allem wenn hohe Dynamiken gefahren werden.

In diesen und anderen Fällen, zum Beispiel bei abrupten Richtungsänderungen der Plattformbewegung, kommt es aber zum einen zu Verlusten der Steuerbarkeit der Seilkraft, zum anderen führt die entsprechende Steuerungslatenz zu einem Stauchen der Seile (die geometrische Länge des Seiles zwischen zwei Punkten ist kleiner als die nominelle Seillänge). In beiden Fällen führt dies zu einem enormen Abfall der Seilkraft, die in vielen Fällen sogar unter Null liegt - das heißt das Seil hängt durch. Nach ein oder zwei Zyklenzeiten werden die Seile durch die inertiale Bewegung der Plattform oder durch die Wicklung auf der Trommel wieder gespannt. Zu genau diesem Zeitpunkt tritt eine schlagartige Spannungserhöhung der Seile auf. Es kommt an der Seilverankerung zu einem kurzen Kraftimpuls auf die Plattform und die Plattform beginnt zu schwingen.

Aufgabe

Es gilt die Übergangsbedingung beziehungsweise das Übergangsverhalten eines Seiles von durchhängend (unterspannt) zu gedehnt (gespannt) zu modellieren. Grundlagen für diese Arbeiten können im Bereich des Bauingenieurwesens gefunden werden, allerdings weisen diese Methoden eine schlechte numerische Stabilität auf wenn das Seil unter Spannung steht. Die Modellierung und Untersuchung des zeitlichen Verlaufs dieser hoch-dynamischen Eigenschaft des Seiles steht in dieser Arbeit im Vordergrund. Für die Validierung und experimentelle Bestimmung des Effektes stehen im Haus zwei Demonstratoren zur Verfügung. Darüber hinaus ist es möglich, weitere Seilroboterdemonstratoren bei assoziierten Instituten für Experimente zu nutzen. Als Ergebnis dieser Arbeit steht eine Beschreibung des Übergangverhaltens der Seile von durchhängend zu gespannt unter Berücksichtigung der Materialeigenschaften der Seile zur Verfügung.

 

Die Arbeit kann auf Wunsch in Kooperation mit dem Institut für Fördertechnik und Logistik IFT durchgeführt werden.

Anforderung

  • Kenntnisse in mechanischer Modellierung, Analyse, Simulation und Optimierung
  • Wissen in der Modellierung und Kinematik serieller und paralleler Kinematiken
  • Programmierkenntnisse - MATLAB
  • Gute Kenntnisse in LaTeX und English (Thesis sollte in LaTeX und auf English verfasst werden)

Kenntnisgewinn

  • Vertiefte Modellierungskenntnisse
  • (Echtzeit-)Simulation in MATLAB und Simulink
  • Projektmanagement- und Zeitplanungsfähigkeiten