Schweizer, Nicolai (2022)
Entwicklung eines mobilen Inspektionsroboters für das Strahlrohr des SIS100 bei FAIR.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00021905
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version
Text
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Item Type: | Ph.D. Thesis | ||||
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Type of entry: | Primary publication | ||||
Title: | Entwicklung eines mobilen Inspektionsroboters für das Strahlrohr des SIS100 bei FAIR | ||||
Language: | German | ||||
Referees: | Adamy, Prof. Dr. Jürgen ; Boine-Frankenheim, Prof. Dr. Oliver | ||||
Date: | 2022 | ||||
Place of Publication: | Darmstadt | ||||
Collation: | xi, 181 Seiten | ||||
Date of oral examination: | 11 July 2022 | ||||
DOI: | 10.26083/tuprints-00021905 | ||||
Abstract: | Das Vakuumsystem eines Teilchenbeschleunigers ist eine hochreine Umgebung, die zur Durchführung von Strahlexperimenten notwendig ist. Fremdkörper oder Beschädigungen im System können den Beschleunigerbetrieb empfindlich stören und zum Ausfall der Anlage führen. Für das Schwerionensynchrotron SIS100 des derzeit im Bau befindlichen Beschleunigerzentrums FAIR in Darmstadt wird daher eine Lösung gesucht, um das Strahlrohr regelmäßig überprüfen zu können. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Entwicklung eines teilautonomen Roboters zur Strahlrohrinspektion des SIS100. Die besondere Herausforderung besteht in der sich häufig ändernden und zum Teil sehr engen Rohrgeometrie. Übergänge zwischen zwei Rohrabschnitten bilden stufenförmige Hindernisse, die von einem Inspektionsroboter überwunden werden müssen. Zudem handelt sich bei einem Synchrotron um einen Ringbeschleuniger, der neben geraden auch gekrümmte Strahlrohre enthält. Vorgeschlagen wird ein modularer Roboter mit je zwei Stellgelenken zwischen den Modulen. Dadurch ist die Beweglichkeit zur Hindernisüberwindung und zum Durchfahren von Kurven gegeben. Abstandssensoren detektieren Geometrieänderungen im Strahlrohr und signalisieren, wann bestimmte Positionen für den nächsten Bewegungsschritt und zur Gelenkverstellung erreicht sind. Neben der Überwindungsstrategie für einen einfachen stufenförmigen Übergang werden auch Strategien zur Durchquerung komplexer Rohrabschnitte, in denen sich die Strahlrohrgeometrie in kurzen Abständen mehrfach ändert, vorgestellt. Diese Hindernistypen legen letztlich die finale Roboterkonfiguration mit fünf Modulen fest. Durch die Reduzierung des Roboters auf ein einzelnes Ersatzrad vereinfacht sich die Beschreibung der Bewegung im Rohr erheblich. In Kombination mit einem Steuerungssansatz für die Bewegung in der Ebene resultiert ein Gesamtmodell, das für eine Spurhalteregelung verwendet wird. Mithilfe einer inertialen Messeinheit werden Abweichungen des Roboters von der idealen Fahrlinie sowohl im geraden als auch im gekrümmten Rohr geschätzt. Der Aufbau eines Prototyps und durchgeführte Fahrversuche bestätigen die Verwendbarkeit des entwickelten Roboters. |
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Alternative Abstract: |
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Status: | Publisher's Version | ||||
URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-219053 | ||||
Classification DDC: | 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering and machine engineering | ||||
Divisions: | 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institut für Automatisierungstechnik und Mechatronik > Control Methods and Robotics (from 01.08.2022 renamed Control Methods and Intelligent Systems) | ||||
Date Deposited: | 12 Aug 2022 09:08 | ||||
Last Modified: | 22 Aug 2022 07:21 | ||||
URI: | https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/21905 | ||||
PPN: | 498340589 | ||||
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