ContinuumPKM

Parallelmanipulatoren bestehen aus einer Plattform, die über mehrere kinematische Ketten oder Arme mit einer Basis verbunden ist. Diese Arme arbeiten zusammen, um die Position und Ausrichtung der Plattform zu steuern. Zu den Vorteilen gehören hohe Steifigkeit, Genauigkeit und die Fähigkeit, schwere Lasten zu tragen. Nachteilig sind jedoch die eingeschränkte Beweglichkeit und der begrenzte Arbeitsraum, und ein Hindernis für den Einsatz schneller Roboter ist das erhöhte Risiko von Schäden und/oder Verletzungen durch den Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten in unmittelbarer Nähe zu anderen Robotern oder Menschen.  

Kontinuierliche Manipulatoren hingegen erhalten die Nachgiebigkeit von ihrem Material oder ihrer Struktur und bieten eine sichere Interaktion mit der Umgebung. In den letzten Jahren wurden die parallelen Kontinuumsmanipulatoren eingeführt, um die Vorteile von parallelen kinematischen Maschinen und Kontinuumsrobotern zu kombinieren. Sie zeichnen sich durch eine gute Anpassungsfähigkeit an die Umgebung aus, da sie sowohl über eine intrinsische Nachgiebigkeit als auch über eine veränderbare Konfiguration für dieselbe Endeffektor-Position verfügen.

Bei Weltraummissionen bietet dieser neue Mechanismus ein erhebliches Potenzial für verschiedene Anwendungen. Seine inhärente Flexibilität gewährleistet sichere Interaktionen bei unvorhergesehenen Ereignissen, wie z. B. Kollisionen mit Kundensatelliten. Die hohe Steifigkeit in gekoppelten Konfigurationen ermöglicht eine effiziente Drehmomentübertragung auf den Kunden-Satelliten. Darüber hinaus bietet die Montage der Aktuatoren im Inneren der Basis einen besseren Schutz vor der rauen und staubigen Weltraumumgebung.

Infolgedessen hat ContinuumPKM einen neuartigen parallelen Continuum-Stewart-Roboter vorgeschlagen und entwickelt, der mit dem Endeffektor durch ein modulares Blattfeder-Sehnensystem verbunden ist.  In diesem Projekt ist das DFKI in erster Linie für die Entwicklung der PACOMA-Software verantwortlich, einschließlich der mathematischen Modellierung, der Systemsteuerung, der Leistungstests und der Erkundung möglicher Anwendungsszenarien.

Zur Steuerung des Roboters mit externen Kontaktkräften wird ein kinetostatisches Modell vorgeschlagen. Es werden Methoden entwickelt, um das Blattfeder-Sehnensystem zu modellieren und es in den parallelen Mechanismus zu integrieren. Es werden systematische Experimente durchgeführt, um die Grenzen des neuen Mechanismus zu untersuchen, einschließlich seiner Robustheit, seiner Fähigkeit, externe Kollisionen zu absorbieren, seiner Leistung bei der Positions- und Kraftkontrolle und der Arbeitsraumanalyse für diesen eingeschränkten Mechanismus. Um potenzielle Anwendungen in Weltraummissionen zu erforschen, wird der PACOMA-Roboter in einer Andockdemonstration in simulierten Weltraumszenarien getestet. Er manipuliert eine modulare elektronische Schnittstelle (EMI) und dockt aktiv an den Weltraumrover „Sherpa“ in einer simulierten Mondkraterlandschaft an.

In den Testreihen zeigte das PACOMA-System hervorragende Manipulationsfähigkeiten, insbesondere seine Robustheit gegenüber externen Kollisionskräften. Während der Andockversuche führte es erfolgreich Andockaufgaben mit minimaler Kontaktkraft aus, indem es seine Form passiv an Ausrichtungsfehler anpasste. Eine solche Fehlausrichtung erfordert in der Regel eine hochpräzise Steuerung mit herkömmlichen starren Mechanismen, was in komplexen Realraumumgebungen nur schwer zu erreichen ist.