HyRoDyn

Parallelmechanismen werden zunehmend als modulare Subsystemeinheiten in verschiedenen Robotern und Mensch-Maschine-Schnittstellen eingesetzt, da sie eine höhere Steifigkeit, ein besseres Verhältnis von Nutzlast zu Gewicht und bessere dynamische Eigenschaften aufweisen. Dies führt zu seriellparallelen hybriden Robotersystemen, die aufgrund des Vorhandenseins verschiedener geschlossener Regelkreise schwer zu modellieren und zu steuern sind. Die meisten modellbasierten kinematischen und dynamischen Modellierungstools lösen die Beschränkungen des Schleifenschlusses numerisch und können daher unter Ineffizienz und Genauigkeitsproblemen leiden. Außerdem nutzen sie die Modularität des Roboterdesigns nicht aus. Außerdem können solche Systeme variabel beweglich sein, verschiedene Montagearten aufweisen und redundante Bedingungen für die Bewegungsgleichungen stellen. Daher ist es für Kinematikforscher interessant, die analytischen Lösungen für geometrische Probleme im Zusammenhang mit einer bestimmten Art von PM zu untersuchen, und ihre Bedeutung gegenüber numerischen Lösungen ist unbestreitbar. Dieses domänenspezifische Wissen ist jedoch bei der Entwicklung modellbasierter Kinematik- und Dynamiksoftware häufig unterrepräsentiert.

Hybrid Robot Dynamics (HyRoDyn) ist eine modulare, in C++ geschriebene Software-Workbench zur Lösung der Kinematik und Dynamik hochkomplexer serienparalleler Hybridroboter. Die Grundidee von HyRoDyn besteht darin, die geschlossenen Lösungen für die Schleifenschlussbedingungen in einer konfigurierbaren Mechanismenbibliothek zu speichern, die durch ihren Typ identifiziert wird (z. B. 1-RRPR, 2SPU+1U, 2SPRR+1U, 6-UPS). Basierend auf den in einem Hybridroboter definierten Teilmechanismen kann HyRoDyn die Schleifenschlussfunktion des Gesamtsystems auf automatisierte Weise modular zusammenstellen. Der resultierende Schleifenschluss-Jacobianer hat eine blockdiagonale Struktur, die bei der Berechnung verschiedener vorwärts- und rückwärtsgerichteter Kinematik- und Dynamik-Algorithmen genutzt werden kann. HyRoDyn ist in C++ implementiert und verwendet rekursive O(n)-Mehrkörperdynamik-Algorithmen für baumartige Systeme aus der Rigid Body Dynamics Library (RBDL), die auf den Algorithmen von Featherstone basieren. Gegenwärtig sind geschlossene Lösungen für Mechanismen wie 1-RRPR, 2-SPU+1U, 2-SPRR+1U, 6-RUS, 6-UPS und Parallelogrammketten in den Untermechanismenbibliotheken verfügbar. Um Zeit und menschliches Fachwissen zu sparen, wurde das Tool um einen numerischen Ansatz für parallele Mechanismen erweitert, die nicht in Teilmechanismenbibliotheken verfügbar sind. HyRoDyn kann verwendet werden, um die Kinematik und Dynamik eines beliebigen serienparallelen Hybridroboters analytisch zu lösen. Die Aktion des Roboters kann beliebig gewählt werden.

Die Eingabe für HyRoDyn ist eine SMURF-Datei, die mit einem Blender-basierten visuellen Editor namens Phobos erstellt werden kann. Die Verwendung eines visuellen Editors macht es einfach, die parallelen Teilmechanismen eines Roboters zu annotieren und zu hochkomplexen Robotermodellen zusammenzusetzen. Darüber hinaus wurde HyRoDyn in die Robot Construction Kit (RoCK)-Middleware als Orogenkomponente integriert, die sowohl vorwärts als auch rückwärts gerichtete Abbildungen zwischen dem unabhängigen Gelenkraum des Roboters und seinem Betätigungsraum auf Positions-, Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Kraftebene liefert. Die HyRoDyn-Orogenkomponente kann sowohl für die Simulation als auch für die Echtzeitsteuerung komplexer seriell-paralleler hybrider Robotersysteme verwendet werden.