Modulbasierte Synthese von Parallelstrukturen für Maschinen in der Produktionstechnik:
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Essen
Vulkan-Verl.
2001
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| Series: | Schriftenreihe des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik der TU Braunschweig
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- 45Z
MODULBASIERTE SYNTHESE VON PARALLELSTRUKTUREN FUER MASCHINEN IN DER
PRODUKTIONSTECHNIK
VON DER GEMEINSAMEN FAKULTAET FUER MASCHINENBAU UND ELEKTROTECHNIK DER
TECHNISCHEN UNIVERSITAET CAROLO-WILHELMINA ZU BRAUNSCHWEIG
ZUR ERLANGUNG DER WUERDE
EINES DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.) GENEHMIGTE DISSERTATION
VON
DIPL.-ING. MATTHIAS FRINDT
AUS KASSEL
EINGEREICHT AM:
MUENDLICHE PRUEFUNG AM:
BERICHTERSTATTER:
MITBERICHTERSTATTER:
VORSITZENDER:
2. FEBRUAR 2001 13. MAERZ 2001
PROF. DR.-ING. DR.H.C. J. HESSELBACH PROF. DR.-ING. DR.HX.MULT. G.
PRITSCHOW PROF. DR.-ING. N. PLITEA PROF. DR.-ING. H.-J. FRANKE
2001
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINFUEHRUNG 1
1.1 AUSGANGSSITUATION 1
1.2 PARALLELSTRUKTUREN - AUFBAU UND EIGENSCHAFTEN 2
1.3 EXEMPLARISCHE ANWENDUNGEN IN DER PRODUKTIONSTECHNIK 4
1.3.1 PARALLELROBOTER 4
1.3.2 BEARBEITUNGSMASCHINEN MIT PARALLELSTRUKTUR 7
1.4 ZIELSETZUNG UND VORGEHENSWEISE 11
2 STAND DER FORSCHUNG 13
2.1 STRUKTURSYSTEMATIK 13
2.2 TRANSFORMATIONSBEZIEHUNGEN 14
2.3 UEBERTRAGUNGSVERHALTEN 15
2.4 STRUKTURSTEIFIGKEIT 16
2.5 EMPFINDLICHKEIT 17
2.6 ARBEITSRAUM 17
2.7 SINGULARITAETEN 20
2.8 KENNGROESSEN 21
2.9 OPTIMIERUNG 23
2.10 ZUSAMMENFASSUNG 25
3 STRUKTURSYNTHESE 27
3.1 STUFEN DER STRUKTURENTWICKLUNG 27
3.2 FREIHEITSGRADBETRACHTUNG 29
3.2.1 UNVERZWEIGTE BASISSCHEMATA 29
3.2.2 ERWEITERUNG DURCH ZUSAETZLICHE VERZWEIGUNGEN 31
3.3 BEDINGUNGEN ZUR AUSWAHL UND ANORDNUNG DER GELENKE 32
IMAGE 3
VI INHALTSVERZEICHNIS
3.4 EBENE PARALLELSTRUKTUREN 34
3.4.1 KLASSIFIZIERUNG CHARAKTERISTISCHER GELENKKETTEN 34
3.4.2 ZWANGSFUEHRUNGEN 39
3.4.3 STRATEGIEN ZUR STRUKTURELLEN ERWEITERUNG UND ANPASSUNG 40
3.4.4 HYBRIDE KONZEPTE AUF DER BASIS EBENER PARALLELSTRUKTUREN 43
3.5 RAEUMLICHE PARALLELSTRUKTUREN 46
3.5.1 KLASSIFIZIERUNG CHARAKTERISTISCHER GELENKKETTEN 46
3.5.2 ZWANGSFUEHRUNGEN 52
3.5.3 STRATEGIEN ZUR STRUKTURELLEN ERWEITERUNG UND ANPASSUNG 54
3.6 ZUSAMMENFASSUNG 58
4 MODUIARE ANALYSE VON PARALLELSTRUKTUREN 61
4.1 DIE MODULMETHODE NACH VDI2729 61
4.2 MODULARE ANALYSE EBENER PARALLELSTRUKTUREN 64
4.2.1 RUECKWAERTSTRANSFORMATION MIT HILFE DER MODULMETHODE 64
4.2.2 UEBERPRUEFUNG VON GEOMETRISCHEN BEGRENZUNGEN 67
4.2.3 PARALLELSTRUKTUREN MIT ZWANGSFUEHRUNG 68
4.2.4 IDENTIFIKATION VON SINGULAEREN STELLUNGEN 70
4.3 ERWEITERUNG DER METHODE AUF RAEUMLICHE PARALLELSTRUKTUREN 73
4.3.1 MODULUEBERSICHT 73
4.3.2 MODULGRUPPE ZUSAETZLICHE GLIEDPUNKTE 73
4.3.3 MODULGRUPPE ANTRIEBSDEFINITION UND GELENKBESCHRAENKUNGEN 74
4.3.4 MODULGRUPPE CHARAKTERISTISCHE GELENKKETTEN 76
4.3.5 MODULGRUPPE ZWANGSFUEHRUNGEN 79
4.3.6 MODUL ZUR IDENTIFIKATION VON SINGULAEREN STELLUNGEN 80
4.4 ZUSAMMENFASSUNG 83
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS VII
5 ERGAENZUNG DER MODULMETHODE DURCH DEFINITION DER STRUKTURMATRIX 85
5.1 BESCHRAENKUNGEN DER MODULMETHODE 85
5.2 KINEMATISCHE ANALYSE MIT HILFE VON FORMPARAMETERN 85
5.2.1 DEFINITION DER KONTINUITAETSBEDINGUNG 85
5.2.2 AUFBAU DER STRUKTURMATRIX 87
5.2.3 ITERATIVE LOESUNG DER VORWAERTSTRANSFORMATION 91
5.3 DEFINITION ELEMENTARER FORMPARAMETER 92
5.3.1 FORMPARAMETER FUER DIE EBENEN BERECHNUNGSMODULE 92
5.3.2 FORMPARAMETER FUER DIE RAEUMLICHEN BERECHNUNGSMODULE 96
5.3.3 BESCHREIBUNG EINER PARALLELFUEHRUNG 102
5.4 ZUSAMMENFASSUNG 104
6 RECHNERGESTUETZTE ANALYSE MIT MAPS 105
6.1 UEBERBLICK 105
6.2 PROGRAMMBESCHREIBUNG 105
6.2.1 STRUKTURDEFINITION 105
6.2.2 ANALYSE 107
6.3 EXEMPLARISCHE RAEUMLICHE ANALYSE DER HEXA STRUKTUR 112
6.3.1 ARBEITSRAUM 112
6.3.2 UEBERTRAGUNGSVERHALTEN 116
6.3.3 EMPFINDLICHKEIT 118
6.3.4 SINGULARITAETEN 119
6.4 ZUSAMMENFASSUNG 122
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 123
7.1 ZUSAMMENFASSUNG 123
7.2 AUSBLICK 126
ANHANG A - BESCHREIBUNG DER BERECHNUNGSMODULE 129
ANHANG B - BESCHREIBUNG DER FORMPARAMETER 155
LITERATUR 163
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