Modellbildung und Optimierung räumlich anstellbarer Kugelgelenke für den Einsatz in der Robotik

摘要

Bei der Suche nach neuen Anwendungsfeldern für moderne Roboter stößt man zunehmend auf Grenzen der konventionellen Technik, die sich nur durch grundlegend neue Ansätze umgehen lassen. Als Beispiel sei hier die Realisierung von räumlichen Bewegungen mittels Sequenzen von Drehachsen genannt, welche viel Raum und leistungsstarke Antriebseinheiten für die Handhabung relativ geringer Lasten erfordern. An dieser Stelle wird ein neues Konzept für die Realisierung räumlicher Drehbewegungen vorgestellt, welches auf Kugelgelenken und hydraulischen Linearantrieben beruht (Bild 1). Das System besteht aus einem auf dem Kugelgelenk S_1 gestützten Manipulatorarm, der mit einer Umlenkkinematik und dem Stützgelenk S_2 verbunden ist. Das Stützgelenk ergibt zusammen mit dem Primärgelenk S_1 eine Drehachse, um die sich der Manipulatorarm bei Ansteuerung des Arbeitszylinders 1 drehen kann. Über die Verstellung der Zylinder 2 und 3 läßt sich die Lage von S_2 und damit die Orientierung der resultierenden Drehachse verändern. Die über die am Drehgelenk R gelagerte Urnlenkplatte arbeitende Umlenkkinematik sorgt dafür, daß für die Hauptdrehung θ_1 um die Drehachse ein großer Arbeitsbereich von 180° verfügbar ist, während die Orientierungswinkel θ_2 und θ_3 aus konstruktiven Gründen auf ±30° beschränkt werden (Bild 2).