Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Deformationsverhalten eines Linearroboters

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit der effizienten Modellierung des Linearroboters VIPER 120 mittels der Methode der Finiten Elementen unter der Verwendung des Finite-Elemente-Software ABAQUS bzw. HYPERWORKS/HYPERMESH. Dabei werden unterschiedliche Modellierungsvarianten untersucht, um eine geeignete Modellierung dieses Großgerätes zu ermitteln. Die Vor- und Nachteile der verwendeten Modellierungsvarianten werden diskutiert. Im Zuge der Arbeit werden Ersatzmodelle von Bauteilen bzw. Baugruppen des Linearroboters ausgearbeitet und dessen Aufbau und Eigenschaften detailliert beschrieben. Die einzelnen Ersatzmodelle werden danach zu Modellvarianten zusammengestellt. Um die erstellten Modellierungsvarianten bewerten zu können werden Messungen in den unterschiedlichen Positionen des Linearroboters durchgeführt. Als Grundlage für den Vergleich dienen Deformationen an diskreten Punkten des Linearroboters VIPER 120 bei unterschiedlichen Lastfällen, bzw. die Eigenfrequenzen in unterschiedlichen Trägerpositionen des Roboters. Anhand des festgestellten Modellierungsaufwandes (Zeit- und Rechenaufwand) sowie der Abweichungen zwischen den jeweiligen Messwerten und den Ergebnissen aus den Finite-Elemente-Analysen werden die Modellierungsvarianten bewertet bzw. verifiziert und schließlich werden mögliche Modellierungsvarianten zur weiteren Verwendung vorgeschlagen.

The present diploma thesis deals with the efficient finite element modelling of the linear robot VIPER 120 using the finite element software codes ABAQUS and HYPERWORKS/HYPERMESH, respectively. Different modelling variants are investigated in the thesis, to develop appropriate model variations for this large device. The advantages and disadvantages of the developed model variants are discussed. In the course of the thesis substitute models of the components and assemblies of the linear robot are prepared and the theory behind the substitution as well as their structure and properties are described in detail. Afterwards the particular substitute models are pieced together to obtain various model variations. In order to assess the model variants, measurements are performed in defined positions of the robot. Deformations at the discrete points of the robot VIPER 120 subjected to distinct load cases as well as eigenvalues in defined positions of the robot serve as the basis for the comparison of the results of the model variants. The model variants are assessed and verified on the on hand by means of the required modelling effort, like time and calculation costs, and on the other hand together by the deviation between the measured values and the results of the finite element analyses. Finally possible model variants are suggested for further application.