- Ebener 3-DOF-Seilroboter
- 4 Antagonistische Antriebsseile
- Dynamische Massenmatrix & Jacobi
- Echtzeit-MATLAB-Animation
ROBOTICS DYNAMICS / CABLE-DRIVEN PARALLEL ROBOTS
Mehrkörperkinematik, Dynamik und Regelung antagonistischer Seilzugkräfte
Cable-robot-R realisiert eine vollständige Simulations- und Regelungsarchitektur für einen ebenen 3-DOF-Seilroboter (CDPR). Angetrieben über vier antagonistisch verspannte Seile an einem 2,0 m × 2,0 m Rahmen modelliert das System inverse Kinematik, stellungsabhängige Massenmatrizen, positive Seilkraftverteilung und präzise Bahnführung in MATLAB.
Analytische Kinematik & Jacobi-Formulierung
Berechnet die geschlossene inverse Kinematik (invKIN.m) und Gelenkwinkel (TETA.m) für Zielkoordinaten. Die geometrische Jacobi-Matrix (jak.m) bildet Gelenkwinkelgeschwindigkeiten auf Endeffektorgeschwindigkeiten ab und analysiert Manipulierbarkeit.
Lagrange-Dynamik & Trägheitsmatrix
Leitet die nichtlinearen Bewegungsgleichungen über die analytische Lagrange-Mechanik her. Bestimmt die zustandsabhängige Massenmatrix M(q) (Mass_matrix.m) für verteilte Massen (m1=6 kg, m2=4 kg, m3=1 kg) und Drehträgheiten Ji = (mi·li²)/3.
Antagonistische Seilkraftverteilung
Löst die Randbedingungen für stets positive Seilzugspannungen (cables.m). Da Seile nur Zugkräfte übertragen können, werden die vier Kraftvektoren kontinuierlich optimiert, um Durchhang auch bei starken Beschleunigungen zu verhindern.
Bahnregelung & ODE-Simulationspipeline
Implementiert PD-Regelung mit dynamischer Vorsteuerung (controle.m). Numerische Zeitschrittintegration der Bewegungsgleichungen über MATLAB-ODE-Löser (RRode.m), validiert durch automatisierte Modultests (TestControle.m) und Live-Visualisierung (Rrobot2024.m).
Systemspezifikationen & Dynamikparameter
- Robotergeometrie
- 3 ebene Glieder: l₁=0,5 m, l₂=0,5 m, l₃=0,3 m (Endeffektor-Radius r=0,25 m)
- Massenverteilung
- Gliedmassen: m₁=6,0 kg, m₂=4,0 kg, m₃=1,0 kg (Gesamtmasse: 11,0 kg)
- Antriebskonzept
- 4 antagonistische Seile verankert an einem starren 2,0 m × 2,0 m Rahmen
- Regelungsverfahren
- PD-Positionsregelung mit analytischer Massenmatrix-Vorsteuerung
- ODE-Integration
- Adaptive numerische Zeitschrittintegration in MATLAB (RRode.m, Rrobot2024.m)
- Validierung
- Automatisierter Regelungsteststand (TestControle.m) und Trajektoriendiagnostik
Bedeutung für moderne Robotik und Automatisierung
Liefert das mathematische Fundament für seilgetriebene Parallelroboter, wie sie bei weiträumigen Krananlagen, 3D-Kameraseilsystemen und industriellen Handhabungsmanipulatoren eingesetzt werden.