Third party funded individual grant
Start date : 01.01.2018
Nachgiebige Mechanismen sind mechanische Systeme, welche die Funktion eines konventionellen Mechanismus abbilden, dabei aber grundsätzlich auf bewegliche Bauteile (Lager, Führung und Gelenke) verzichten. Stattdessen basiert deren Funktion auf der gezielten Verformung elastischer Bereiche. Für den Entwurf von nachgiebigen Mechanismen existieren zwei separate Grundansätze: Beim ersten (Pseudostarrkörper-Ansatz) startet die Prozedur – wie bei konventionellen Mechanismen – von einem Mehrkörpersystem; beim Anderen (kontinuumsbasierter Ansatz) wird als Ausgangsbasis ein Bauraum definiert, in dem eine feste oder variierende Menge an Konstruktionsmaterial auf zu bestimmende Weise verteilt wird.
Ein grundsätzlicher Unterschied zwischen den beiden Ansätzen ist, dass im ersten Fall die Topologie des Mechanismus a priori festgelegt werden muss, während sie im Zweiten als Ergebnis des Entwurfes entsteht. Dadurch wird der Entwurf mittels des Pseudostarrkörperansatzes verhältnismäßig einfach, jedoch zum Preis einer erheblichen Einschränkung der Vielfalt möglicher Entwürfe. Aufgrund ihrer inhärenten Komplexität werden bei kontinuumsbasierten Methoden in aller Regel formelle Optimierungsverfahren eingesetzt.
Ein weiterer wichtiger Unterschied ist, dass der Pseudostarrkörperansatz notgedrungen zu Verschiebungsfeldern führt, die stückweise linear sind. Kontinuumsbasierte Ansätze sind hingegen nicht darauf beschränkt und erlauben daher beliebige Verformungsmuster.
Bekannte, kontinuumsbasierte Methoden beschränken sich hauptsächlich auf die Synthese von Mechanismen mit einem Pseudolaufgrad. Der Pseudolaufgrad eines nachgiebigen Mechanismus entspricht der Anzahl der unabhängigen kinematischen Größen, die vorgegeben werden müssen, um die Verformung des Mechanismus mit ausreichender Genauigkeit statisch zu kontrollieren.
Es mangelt an generell anwendbaren, kontinuumsbasierte Methoden, die explizit Mechanismen mit mehrfachem Pseudolaufgrad generieren können. Die im Rahmen des Projekts zu erarbeitende Methodik soll diesen Mangel beheben. Zudem soll die Methodik der oben angesprochenen Einschränkung der stückweise linearen Verschiebungsfelder nicht ausgesetzt werden.
Die angestrebte Methodik besitzt eine ausgeprägte praktische Relevanz für die Anwendung auf umströmte Körper mit veränderlicher Geometrie und für sonstige formvariable Strukturen, wie formanpassbare Sitz- und Liegeflächen, sowie für klassische übertragungsaufgaben, wie sie beispielsweise in der Robotik und im Allgemeinen in der Automatisierungstechnik anzutreffen sind.