Auslegung und Bahnplanung einer 8-Achsen Parallel-Seriell Bewegungsplattform

Abstract

In der Bewegungssimulation ermöglichen Bewegungsplattformen die Erzeugung von Kräften und Drehraten, die beispielsweise in einem Auto oder in einem Flugzeug auf eine Person einwirken. Weitere Einsatzbereiche von Bewegungsplattformen stellen zum Beispiel die Wahrnehmungsforschung oder das Testen des dynamischen Verhaltens von mechanischen Strukturen dar. In dieser Arbeit wurde ein Gelenkbahnplanungsmodul für eine neuartige Bewegungsplattform entwickelt, mit dem es möglich ist kartesische Trajektorie abzufahren. Die Bewegungsplattform besteht aus einem Hexapod, auf dem zwei zusätzliche rotatorische Achsen montiert sind. Die Gelenkbahnplanung wurde aufbauend auf der inversen Kinematik der Bewegungsplattform erstellt, welche aufgrund der hybriden und redundanten Struktur mithilfe der differenziellen Kinematik berechnet wurde. Dabei wurde ein Verfahren eingesetzt, bei dem mehrere Aufgaben mit unterschiedlichen Prioritäten unter direkter Berücksichtigung der Positionsbeschränkungen der Aktuatoren des Hexapods definiert werden können. Zusätzlich wurden auch die Geschwindigkeit und Beschleunigung der Aktuatoren beschränkt. Um die Gelenkbahnplanung zu verifizieren, wurde ein Mehrkörpersimulationsmodell eingesetzt. Dabei wurde festgestellt, dass die Gelenkbahnplanung funktioniert, es ist jedoch festzuhalten, dass durch die Integration der Positionslimits in der inversen Kinematik Geschwindigkeitssprünge entstehen, welche für die Bewegungssimulation problematisch sein können. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es die Antriebe für die beiden zusätzlichen Achsen auszulegen. Hierbei wurden durch das Lösen eines Optimierungsproblems Gelenktrajektorien ermittelt, bei denen die Antriebsmomente maximal werden. Mithilfe dieser Momente können die Antriebe für Achse 7 und Achse 8 ausgelegt werden.