Additive Fertigungstechnologien haben sich in den letzten zehn Jahren von einer Nischenanwendung für Rapid Prototyping zu einer technologischen und wirtschaftlich bedeutenden Industrie entwickelt. Um die Produktivität dieser Technologien weiter zu steigern, wird an Methoden zur Optimierung der Prozesskette im mehrachsigen Schmelzschichtverfahren (Markenname Fused Deposition Modeling) geforscht, welches aufgrund der prozesstechnischen Freiheiten großes Potenzial in sich birgt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode zur belastungsgerechten Bahnplanung entwickelt mit dem Ziel, Bauteile im mehrachsigen Schmelzschichtverfahren mit höherer Belastbarkeit herzustellen. Mechanische Grundlage ist hierbei, dass gedruckte Bauteile in Richtung der Orientierung der Extrusionsraupen einer höheren Zugbeanspruchung standhalten können als in andere Belastungsrichtungen. Die entwickelte Methode ermöglicht eine belastungsgerechte Bahnplanung auf Grundlage definierter Belastungsfälle im Hinblick auf anisotropes Werkstoffverhalten. Durch diese Bahnplanungsmethode konnten bei einer mechanischen Validierung durchschnittliche Festigkeitssteigerungen von 12,5 % nachgewiesen werden.
Aktualisiert: 2023-06-01
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Additive Fertigungstechnologien haben sich in den letzten zehn Jahren von einer Nischenanwendung für Rapid Prototyping zu einer technologischen und wirtschaftlich bedeutenden Industrie entwickelt. Um die Produktivität dieser Technologien weiter zu steigern, wird an Methoden zur Optimierung der Prozesskette im mehrachsigen Schmelzschichtverfahren (Markenname Fused Deposition Modeling) geforscht, welches aufgrund der prozesstechnischen Freiheiten großes Potenzial in sich birgt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode zur belastungsgerechten Bahnplanung entwickelt mit dem Ziel, Bauteile im mehrachsigen Schmelzschichtverfahren mit höherer Belastbarkeit herzustellen. Mechanische Grundlage ist hierbei, dass gedruckte Bauteile in Richtung der Orientierung der Extrusionsraupen einer höheren Zugbeanspruchung standhalten können als in andere Belastungsrichtungen. Die entwickelte Methode ermöglicht eine belastungsgerechte Bahnplanung auf Grundlage definierter Belastungsfälle im Hinblick auf anisotropes Werkstoffverhalten. Durch diese Bahnplanungsmethode konnten bei einer mechanischen Validierung durchschnittliche Festigkeitssteigerungen von 12,5 % nachgewiesen werden.
Aktualisiert: 2023-03-31
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In dieser Arbeit werden die wesentlichen Ergebnisse zur Konstruktion des RoboCup-Small-Size-Roboters LUKAS und des Aufbaus der koordinierenden Mastersoftware XBase vorgestellt. Der dreirädrige Roboter setzt ein hierarchisches Konstruktionskonzept um, welches hohe Zuverlässigkeit, Flexibilität und Robustheit durch technische Funktionsintegration einer minimalen Anzahl von Bauteilen realisiert. Spezielle Material- und Strukturlösungen fi nden sich im Polyamid-Chassis, im motorintegrierenden Dribbler und im energieeffizienten Schussmechanismus. Nach Analyse der kinematischen und dynamischen Zusammenhänge konnte für den Roboter eine Reglerarchitektur entwickelt werden, die unter Berücksichtigung von Radschlupf und Schwerpunktverlagerung die omnidirektionale Manövrierbarkeit und Bewegungspräzision gestattet. Die Mastersoftware XBase kann sowohl als Multi-Roboter-System unter der Kontrolle einer Verhaltenssteuerung, wie auch als verteiltes Multi- Agenten-System mit mehreren parallelen Verhaltenssystemen fungieren. Stabile Bildraten der Bildverarbeitung und geringer Berechnungsaufwand werden durch ressourcenschonende Operationen garantiert. Ein geeigneter Trainingseinstieg wurde mit Formationsvarianten zur koordinierten Kontrolle eines Übergangs vom starren zum flexiblen Roboterverband gefunden.
Aktualisiert: 2022-11-03
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Die Forschung im Bereich mobiler Systeme strebt häufig das Erlangen von Autonomie an. Unterschiedliche Vorstellungen von "Autonomie" erschweren dabei eine Zusammenarbeit unterschiedlicher Fachrichtungen. Diese Dissertation schlägt mit der Bioorientierten Adaptiven Autonomie ein neues Konzept vor, welches Autonomie als variablen Zustand in einem Gesamtspektrum definiert, der durch einen Adapter ständig angepasst wird. Fragen nach Nutzung externer Daten, Eingriffe durch den Operator sowie Teambildung autonomer Systeme trotz Widerspruches zwischen "autonom" und "kooperierend" lassen sich somit beschreiben.
In dieser Arbeit werden unterschiedliche Umsetzungen von Teams mobiler Systeme auf verschiedenen wissenschaftlichen Methoden beschrieben und simulativ veranschaulicht. Als neuartig wird ein hybrider Ansatz mit analytischen, regel- und zustandsbasierten Anteilen angegeben und mit anderen, teils aus der Literatur stammenden Ansätzen, im Hinblick auf praxistaugliche Anwendungen verglichen.
Aktualisiert: 2022-11-03
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der echtzeitfähigen Bewegungsplanung unbemannter, senkrecht startender Luftfahrzeuge. Diese Autonomiefunktion behandelt das Problem der Suche und Optimierung einer Bewegungstrajektorie des Luftfahrzeuges unter Berücksichtigung von Randbedingungen wie z.B. das Vermeiden von Hindernissen, Einhalten von maximalen Fluggeschwindigkeiten oder auch die Beschränkung der Lage des Luftfahrzeugs.
Um sich diesem Problem zu nähern, wird zunächst ein Ansatz zur prädiktiven Bahnplanung auf Basis der nichtlinearen modellprädiktiven Regelung mit Beschränkungen in Zuständen und Steuergrößen vorgestellt, der besonders für die echtzeitfähige Implementierung auf kleiner und kompakter Rechnerhardware geeignet ist und eine Hindernisvermeidung unter Nutzung einer dreidimensionalen Punktwolke beinhaltet. Zur Demonstration der Echtzeitfähigkeit werden in dieser Arbeit zwei unterschiedliche Bordrechnerarchitekturen betrachtet: Der erste Ansatz verfolgt die Implementierung auf einem kleinen eingebetteten System, das einen FPGA zur Beschleunigung der für die Hindernisvermeidung benötigten Abstandsberechnungen einsetzt. Flugversuche sowie Hardware-in-the-loop Simulationen belegen die Machbarkeit.
Der zweite, verbesserte Ansatz benutzt zur echtzeitfähigen Umsetzung eine Grafikkarte auf einem Tabletcomputer zur Beschleunigung der Modellprädiktion und der aufwendigen Abstandsberechnungen zu den Hindernissen. Statistische Betrachtungen von Laufzeitmessungen zeigen die echtzeitfähige Umsetzbarkeit dieses Ansatzes.
Die Arbeit liefert damit Beiträge im Bereich Bahnplanung für unbemannte, automatisch fliegende Fluggeräte, die geeignet sind, einen sicheren Betrieb im Sinne der Einhaltung von Beschränkungen beteiligter Zustände und Steuergrößen zu garantieren.
Aktualisiert: 2021-11-03
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Die Energieversorgung elektrischer Servoantriebe industrieller Mehrachsanwendungen wird meist über Zwischenkreisverbünde realisiert. Durch kontinuierlichen Lastausgleich steht rekuperierte Bremsenergie Verbrauchern innerhalb des Verbunds zur Verfügung. Bei dynamischen Bewegungszyklen, z. B. von Manipulatoren und Positionierantrieben, kann der Energieaustausch zwischen Antrieben zu Reduzierung von Energieverbrauch und Spitzenlasten führen. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Modellbildung für den Energiefluss im elektrisch gekoppelten Mehrachssystem unter Berücksichtigung von Energieverlusten und -speicherkapazitäten sowie Verfahren zur Planung energieoptimaler Trajektorien für Mehrachspositionierbewegungen unter expliziter Ausnutzung des Zwischenkreisverbunds. Anhand praktischer Umsetzung wird ein hohes zusätzliches Potential zur Energieeinsparung und Spitzenlastreduktion durch optimale Bewegungsplanung nachgewiesen.
Aktualisiert: 2020-09-09
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Die Energieversorgung elektrischer Servoantriebe industrieller Mehrachsanwendungen wird meist über Zwischenkreisverbünde realisiert. Durch kontinuierlichen Lastausgleich steht rekuperierte Bremsenergie Verbrauchern innerhalb des Verbunds zur Verfügung. Bei dynamischen Bewegungszyklen, z. B. von Manipulatoren und Positionierantrieben, kann der Energieaustausch zwischen Antrieben zu Reduzierung von Energieverbrauch und Spitzenlasten führen. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Modellbildung für den Energiefluss im elektrisch gekoppelten Mehrachssystem unter Berücksichtigung von Energieverlusten und -speicherkapazitäten sowie Verfahren zur Planung energieoptimaler Trajektorien für Mehrachspositionierbewegungen unter expliziter Ausnutzung des Zwischenkreisverbunds. Anhand praktischer Umsetzung wird ein hohes zusätzliches Potential zur Energieeinsparung und Spitzenlastreduktion durch optimale Bewegungsplanung nachgewiesen.
Aktualisiert: 2020-11-05
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Automatisierungsmaßnahmen zur Erstellung von Bearbeitungsprogrammen für Werkzeugmaschinen. Das Ziel ist zum einen bei der Programmierung von komplexen Bauteilen Zeit einzusparen. Zum anderen sollen die wirtschaftlich-technologischen Grenzen verschoben werden, um komplexe Prozesse zu ermöglichen, die ohne automatisierte Verarbeitung nicht wirtschaftlich umsetzbar wären. Beide Ziele werden anhand von Beispielszenarien erfolgreich umgesetzt und validiert.
Aktualisiert: 2021-07-10
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Steigen Sie ein in die Praxis der Roboter-Manipulatoren – Mit Band 2 des umfangreichen Lehrbuchs von Jörg Mareczek
Geeignet für fortgeschrittene Studierende oder berufserfahrene Entwickler
Aktualisiert: 2023-04-04
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Steigen Sie ein in die Praxis der Roboter-Manipulatoren – Mit Band 2 des umfangreichen Lehrbuchs von Jörg Mareczek
Geeignet für fortgeschrittene Studierende oder berufserfahrene Entwickler
Aktualisiert: 2023-04-01
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Traditionell werden Industrieroboter hinter abgetrennten Schutzeinrichtungen zur automatisierten Fertigung bei hohen Stückzahlen, beispielsweise beim Schweißen oder Lackieren von Karosserieteilen in der Automobilproduktion, eingesetzt. In dieser Arbeit werden wesentliche Teilkomponenten für ein sicheres und flexibles, Industrieroboter basiertes Unterstützungssystem zur Ermöglichung der Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) entwickelt und am Beispiel eines Montageprozesses in einer Behindertenwerkstatt erfolgreich demonstriert. Primäre Ziel-stellungen sind die Entlastung einer im Durchschnitt immer älter werdenden Belegschaft von körperlich stark beanspruchenden, ermüdenden und repetitiven Aufgabenstellungen in der Produktion und eine damit verbundene Steigerung der Mitarbeiterzufriedenheit sowie eine fähigkeitsorientierte Arbeitsteilung zwischen Mensch und Roboter zur Erhöhung der Produktivität und Qualität. Eine weitere, in dieser Arbeit gezeigte Einsatzmöglichkeit ist die Unterstützung leistungsgeminderter Personen in Behindertenwerkstätten, wobei die Befähigung zu höherwertigen Aufgabeninhalten im Vordergrund steht.
Mit der umgesetzten Arbeitsraumerfassung und -absicherung wird ein effizienter Lösungsansatz zum intelligenteren Einsatz von potentiell gefährlichen Industrierobotern der Kollaborationsart der Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung entwickelt. Durch eine robuste Detektion von Hindernisobjekten sowie eine konservative Klassifizierung in Personen und andere Hindernisse werden Kollisionen mit dem eingesetzten Assistenzroboter zuverlässig vermieden und angepasste Reaktionsstrategien ermöglicht. Der flexible und wirtschaftliche Einsatz von kooperierenden Industrierobotern mit lediglich kurzen Stillstandszeiten bei sich ändernden Umgebungsbedingungen und ohne die Programmierung durch Fachpersonal erfordert eine möglichst autonome Ableitung von Roboterbewegungsbahnen. Zur Lösung dieses Handlungsbedarfs wird ein neuartiger Planer auf Basis der Zellzerlegung des Arbeitsraums für den betrachteten und weit verbreiteten Anwendungsfall des vertikalen Sechsachs-Knickarmroboters mit Zentralhand realisiert, um kollisionsfreie, möglichst kurze und für den Bediener intuitiv nachvollziehbare Bahnen autonom generieren zu können.
Aktualisiert: 2020-09-10
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In der vorliegenden Arbeit werden Navigationsstrategien erforscht, die es einer Laufmaschine im Gelände ermöglichen, ein vorgegebenes Ziel autonom zu erreichen. Hierbei werden die Teilbereiche der Navigation, Lokalisation, Umweltmodellierung, Bahnplanung sowie Adaption an das Gelände unter Berücksichtigung der speziellen Anforderungen und Randbedingungen von Laufmaschinen eingehend untersucht.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Im Vergleich zu klassischen seriellen Knickarmrobotern verfügen parallelkinematische Maschinen über eine höhere Genauigkeit, Steifigkeit und Dynamik. Demgegenüber stehen Nachteile, wie ihr strukturbedingter Komplexitätsgrad sowie ihre eingeschränkte Bewegungsfreiheit. Parallelroboter besitzen einen vergleichsweise kleinen Arbeitsraum, der durch das Auftreten von Singularitäten zusätzlich beschnitten wird. In singulären Konfigurationen streben die für eine Bewegung in bestimmte Raumrichtungen notwendigen Antriebskräfte und/oder -momente gegen unendlich und der Endeffektor gewinnt einen oder mehrere unkontrollierbare Freiheitsgrade. Im schlimmsten Fall resultiert dies in einer Zerstörung der kinematischen Struktur. Des Weiteren vermindern sich zahlreiche kinematische und dynamische Leistungsmerkmale von Parallelrobotern mit zunehmender
Nähe zu singulären Konfigurationen.
Der Verlauf von Singularitäten sowie die Verteilung von Leistungsmerkmalen im Arbeitsraum sind stark von der Geometrie eines Mechanismus abhängig. Durch Ergänzung mindestens eines zusätzlichen, angetriebenen Gelenkfreiheitsgrads in einer vorhandenen kinematischen Kette (kinematische Redundanz) können ursprünglich konstante geometrische Parameter variiert werden. Diese Parametervariabilität bietet die Möglichkeit, verschiedene Eigenschaften aufgabenabhängig zu optimieren. Die zentrale Fragestellung, die im Umfang dieser Arbeit beantwortet werden soll, lautet: Welchen Einfluss hat die kinematische Redundanz auf die Singularitätsverläufe und Leistungsmerkmale paralleler Roboter im Arbeitsraum und während Bewegungen entlang kartesischer Bahnvorgaben? Diesbezüglich werden unterschiedliche redundante Abwandlungen bekannter Parallelroboter untersucht. In jedem Fall erfolgt eine Ergänzung von einem oder mehreren redundanten Antrieben in die vorhandene Grundstruktur. Basierend auf einer vergleichenden Analyse verschiedener Arbeitsräume sowie entlang aussagekräftiger Endeffektor-Bahnen werden die Potenziale kinematischer Redundanz quantifiziert. Neben Analyse- und Bewertungsmethodiken, die u. a. die redundanzbedingten Fehlerquellen berücksichtigen, werden hierfür insbesondere Verfahren zur aufgabenoptimalen Bahnplanung parametervariabler Mechanismen entwickelt und an einem planaren Parallelroboter praktisch angewendet.
Aktualisiert: 2019-10-17
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In der vorliegenden Arbeit wird eine biologisch motivierte Verhaltenssteuerung für ein kognitives Automobil vorgestellt, die ein hohes Maß an Rückmeldung liefert und damit die Grundlage für zukünftige Lernverfahren bildet. Weiterhin wird eine universell einsetzbare Bahnplanungskomponente entwickelt. Wesentliches Element des vorgestellten Ansatzes ist die Repräsentation von Fahrintention und Fahrzeugumfeld mit Hilfe von dynamischen Gefahrenkarten.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Fahrerassistenzsysteme eröffnen die Möglichkeit für automatische Eingriffe in Gefahrensituationen und bieten dadurch ein Potenzial zur Unfallvermeidung und zur Minimierung der Unfallschwere im Straßenverkehr. Die Handlungen mehrerer kognitiver Fahrzeuge können über Funkkommunikation miteinander koordiniert werden. Diese Dissertation untersucht potenziell echtzeitfähige Bewegungsplanungsalgorithmen zur Planung von Fahrmanövern, die von mehreren Fahrzeugen kooperativ ausgeführt werden können.
Aktualisiert: 2021-02-11
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