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PROJEKTNOTIZEN / SEILGETRIEBENE ROBOTIK

Ebener 3-DOF-Seilroboter (Cable-robot-R)

MATLAB-Simulations- und Regelungsarchitektur für einen ebenen 3-DOF-Seilroboter mit inverser Kinematik, analytischer Massenmatrix und Seilzugkraftregelung.

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.

01

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.

02

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.

03

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.

04

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.