Industrieroboter

Methoden der Steuerung und Regelung
 
 
Hanser (Verlag)
  • 3. Auflage
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  • erschienen am 13. Februar 2017
  • |
  • 242 Seiten
 
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978-3-446-43578-0 (ISBN)
 
Industrieroboter - ein kompakter Einstieg für Studierende und Ingenieure

Bewegungsbeschreibung, Programmierung und Regelung von Industrierobotern - eine Einführung in das interdisziplinäre Fachgebiet der Robotertechnik.

Der Industrieroboter stellt ein markantes Rationalisierungsinstrument der Automatisierungstechnik dar. Seine Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Daher richtet sich auch dieses Lehrbuch an einen breiten Leserkreis. Studierenden technischer Fachbereiche und der Informatik an Universitäten und Hochschulen bietet es einen Grundkurs in Lagebeschreibung, Interpolation, Programmierung und Regelung von Industrierobotern.

Mit einfachen, anwendungsnahen Beispielen wird schrittweise in die unbedingt notwendigen mathematischen Methoden eingeführt. Praktikern aus der Industrie, die fortgeschrittene, leistungsfähige Regelungskonzepte entwickeln, bietet das Buch einen effizienten Zugang zur Modellbildung und zum Regelungsentwurf.

Für das praktische Verständnis wird auf der Internetseite http://www.weber-industrieroboter.eit.h-da.de das Entwicklungs- und Visualisierungswerkzeug ManDy zur Verfügung gestellt. Zusätzlich zu ManDy können Beispiele und Übungsaufgaben mit bereitgestellten MATLAB-M-Files nachvollzogen und gelöst werden. Dies ermöglicht vor allem den Studierenden ein direktes Überprüfen des theoretischen Wissens in der Praxis.

Die dritte Auflage des Titels wurde komplett aktualisiert und erweitert.
3., neu bearbeitete Auflage
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  • 30 s/w Tabellen, 146 s/w Abbildungen
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  • 146 schwarz-weiße Abbildungen, 30 schwarz-weiße Tabellen
  • 27,63 MB
978-3-446-43578-0 (9783446435780)
3446435786 (3446435786)
http://dx.doi.org/10.3139/9783446435780
weitere Ausgaben werden ermittelt
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Weber vertritt die Fachgebiete Regelungstechnik/Robotertechnik im Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der Hochschule Darmstadt.
1 - Inhalt [Seite 12]
2 - 1 Komponenten eines Industrieroboters [Seite 16]
2.1 - 1.1 Definition und Einsatzgebiete von Industrierobotern [Seite 16]
2.2 - 1.2 Mechanischer Aufbau [Seite 18]
2.3 - 1.3 Steuerung und Programmierung [Seite 22]
2.4 - 1.4 Struktur und Aufgaben der Regelung [Seite 24]
2.5 - 1.5 Neuere Einsatzfelder und Konzepte der Industrierobotik [Seite 27]
3 - 2 Beschreibung einer Roboterstellung [Seite 30]
3.1 - 2.1 Grundlagen der Lagebeschreibung [Seite 30]
3.1.1 - 2.1.1 Koordinatensysteme [Seite 30]
3.1.2 - 2.1.2 Freie Vektoren [Seite 30]
3.1.3 - 2.1.3 Operationen mit Vektoren [Seite 32]
3.1.4 - 2.1.4 Ortsvektoren [Seite 34]
3.1.5 - 2.1.5 Anordnung von Elementen in Vektoren und Matrizen [Seite 35]
3.1.6 - 2.1.6 Rotationsmatrizen [Seite 35]
3.1.7 - 2.1.7 Homogene Matrizen (Frames) [Seite 38]
3.1.8 - 2.1.8 Beschreibung der Orientierung durch Euler-Winkel [Seite 40]
3.1.9 - 2.1.9 Freiheitsgrad des Robotereffektors [Seite 44]
3.1.10 - 2.1.10 Differenzieren von Vektoren in bewegten Koordinatensystemen [Seite 45]
3.2 - 2.2 Die Denavit-Hartenberg-Konvention für Industrieroboter [Seite 47]
3.2.1 - 2.2.1 Der Industrieroboter mit offener kinematischer Kette [Seite 47]
3.2.2 - 2.2.2 Koordinatensysteme und kinematische Parameter nach der Denavit-Hartenberg-Konvention [Seite 48]
3.2.3 - 2.2.3 Rotationsmatrizen und homogene Matrizen auf Basis der Denavit-Hartenberg-Parameter [Seite 53]
3.3 - 2.3 Übungsaufgaben [Seite 56]
4 - 3 Transformationen zwischen Roboter- und Weltkoordinaten [Seite 58]
4.1 - 3.1 Die Vorwärtstransformation [Seite 59]
4.2 - 3.2 Die Rückwärtstransformation [Seite 59]
4.2.1 - 3.2.1 Mehrdeutigkeiten und Singularitäten [Seite 59]
4.2.2 - 3.2.2 Lösungsvoraussetzungen und Lösungsansätze [Seite 60]
4.2.3 - 3.2.3 Rückwärtstransformation an einem Zweigelenkroboter [Seite 61]
4.2.4 - 3.2.4 Geometrische Rückwärtstransformation für den R6-Knickarmroboter [Seite 64]
4.3 - 3.3 Kinematische Transformationen mit der Jacobi-Matrix [Seite 70]
4.4 - 3.4 Übungsaufgaben [Seite 71]
5 - 4 Bewegungsart und Interpolation [Seite 72]
5.1 - 4.1 Übersicht zu den Steuerungsarten [Seite 72]
5.2 - 4.2 PTP-Bahn und Interpolationsarten [Seite 74]
5.2.1 - 4.2.1 Prinzipieller Ablauf der PTP-Steuerung [Seite 74]
5.2.2 - 4.2.2 Rampenprofil zur Interpolation [Seite 76]
5.2.3 - 4.2.3 Sinoidenprofil zur Interpolation [Seite 78]
5.2.4 - 4.2.4 Anpassung an die Interpolationsschrittweite [Seite 80]
5.2.5 - 4.2.5 Synchrone PTP [Seite 82]
5.2.6 - 4.2.6 Vollsynchrone PTP [Seite 83]
5.2.7 - 4.2.7 Beispiel für eine PTP-Bahn [Seite 84]
5.3 - 4.3 Bahnsteuerung (CP-Steuerung) [Seite 86]
5.3.1 - 4.3.1 Prinzipieller Ablauf der Bahnsteuerung [Seite 86]
5.3.2 - 4.3.2 Linearinterpolation [Seite 87]
5.3.3 - 4.3.3 Zirkularinterpolation [Seite 89]
5.3.4 - 4.3.4 Beispiel für eine CP-Bahn [Seite 96]
5.4 - 4.4 Durchfahren von Zwischenstellungen ohne Stillstand der Achsen [Seite 97]
5.4.1 - 4.4.1 PTP-Überschleifen [Seite 98]
5.4.2 - 4.4.2 CP-Überschleifen [Seite 99]
5.4.3 - 4.4.3 Spline-Interpolation für PTP-Bahn [Seite 100]
5.4.4 - 4.4.4 Spline-Interpolation in kartesischen Koordinaten [Seite 102]
5.5 - 4.5 Übungsaufgaben [Seite 104]
6 - 5 Roboterprogrammierung [Seite 107]
6.1 - 5.1 Online-Roboterprogrammierung [Seite 108]
6.1.1 - 5.1.1 Teach-In-Programmierung [Seite 108]
6.1.2 - 5.1.2 Play-Back-Programmierung [Seite 110]
6.1.3 - 5.1.3 Master-Slave-Programmierung [Seite 111]
6.2 - 5.2 Offline-Programmierung [Seite 112]
6.2.1 - 5.2.1 Textuelle Programmierung in einer problemorientierten Programmiersprache [Seite 113]
6.2.2 - 5.2.2 Grafisch interaktive/CAD-basierte Programmierung [Seite 113]
6.2.3 - 5.2.3 Aufgabenorientierte Programmierung [Seite 114]
6.3 - 5.3 Roboterprogrammiersprachen [Seite 116]
6.3.1 - 5.3.1 Sprachelemente von Roboterprogrammiersprachen [Seite 117]
6.3.2 - 5.3.2 Programmbeispiel [Seite 119]
6.4 - 5.4 Programmierunterstützung durch grafische Simulation [Seite 121]
6.5 - 5.5 Vergleich der verschiedenen Programmierarten [Seite 123]
6.6 - 5.6 Übungsaufgaben [Seite 124]
7 - 6 Modell der Dynamik [Seite 125]
7.1 - 6.1 Modell der Dynamik einer Gelenkachse [Seite 125]
7.1.1 - 6.1.1 Modell der Mechanik eines Gelenks/Armteils [Seite 125]
7.1.2 - 6.1.2 Modell des Antriebsmotors und der Servoelektronik [Seite 127]
7.1.3 - 6.1.3 Modell des ideal angenommenen Antriebsstrangs eines Gelenks [Seite 129]
7.1.4 - 6.1.4 Gesamtmodell des ideal angenommenen Antriebsstrangs eines Gelenks [Seite 130]
7.2 - 6.2 Modell der Mechanik eines Roboterarms mit dem rekursiven Newton-Euler-Verfahren [Seite 131]
7.2.1 - 6.2.1 Kinematische Berechnungen [Seite 133]
7.2.2 - 6.2.2 Rekursive Berechnung der Gelenkkräfte bzw. -drehmomente [Seite 136]
7.2.3 - 6.2.3 Anfangswerte für die rekursiven Berechnungen [Seite 138]
7.2.4 - 6.2.4 Geeignete Darstellung der Vektoren und Zusammenfassung [Seite 139]
7.2.5 - 6.2.5 Einfache Beispiele zum Newton-Euler-Verfahren [Seite 140]
7.2.6 - 6.2.6 Explizite Berechnung einzelner Komponenten der Bewegungsgleichung [Seite 145]
7.3 - 6.3 Gesamtmodell der Regelstrecke [Seite 149]
7.3.1 - 6.3.1 Modell der Antriebsmotoren und Servoelektronik aller Gelenke [Seite 150]
7.3.2 - 6.3.2 Zusammenfassung der Modellgleichungen [Seite 152]
7.4 - 6.4 Übungsaufgaben [Seite 153]
8 - 7 Regelung [Seite 156]
8.1 - 7.1 Aufgaben und prinzipielle Strukturen [Seite 156]
8.2 - 7.2 Dezentrale Gelenkregelung in Kaskadenstruktur [Seite 160]
8.2.1 - 7.2.1 Übersicht und Regelstrecke [Seite 160]
8.2.2 - 7.2.2 Geschwindigkeitsregelung mit PI-Regler [Seite 162]
8.2.3 - 7.2.3 ReDuS-Geschwindigkeitsregler [Seite 165]
8.2.4 - 7.2.4 Entwurf des Lagereglers [Seite 168]
8.2.5 - 7.2.5 Beispiel für eine dezentrale Lageregelung [Seite 174]
8.2.6 - 7.2.6 Hinweise zur Realisierung [Seite 178]
8.3 - 7.3 Adaptive Einzelgelenkregelungen [Seite 180]
8.4 - 7.4 Modellbasierte Regelungskonzepte [Seite 183]
8.4.1 - 7.4.1 Zentrale Vorsteuerung [Seite 183]
8.4.2 - 7.4.2 Entkopplung und Linearisierung [Seite 185]
8.4.3 - 7.4.3 Modellbasierte Regelung mit PID-Strukturen [Seite 188]
8.4.4 - 7.4.4 Robuste Regelung durch vorgegebenes Verzögerungsverhalten [Seite 190]
8.4.5 - 7.4.5 Modellbasierte Lageregelung mit Kaskadenstruktur [Seite 193]
8.4.6 - 7.4.6 Hinweise zur Realisierung modellbasierter Gelenkregelungen [Seite 195]
8.4.7 - 7.4.7 Modellbasierte Lageregelung in kartesischen Koordinaten [Seite 196]
8.4.8 - 7.4.8 Beispiel für eine modellbasierte Regelung [Seite 198]
8.5 - 7.5 Nichtanalytische Regelungsverfahren [Seite 200]
8.5.1 - 7.5.1 Fuzzy-Regelungen [Seite 200]
8.5.2 - 7.5.2 Neuronale Lernverfahren in der Gelenkregelung [Seite 202]
8.6 - 7.6 Strukturen von Kraftregelungen [Seite 205]
8.7 - 7.7 Übungsaufgaben [Seite 207]
9 - Anhang [Seite 209]
9.1 - A Einige Definitionen und Rechenregeln für Matrizen [Seite 209]
9.2 - B Aufstellen der Jacobi-Matrix [Seite 213]
9.2.1 - B1 Beschreibung der Bewegung des Effektors in Abhängigkeit von den relativen Geschwindigkeiten der Armteile [Seite 213]
9.2.2 - B2 Berechnung durch Anwendung der kinematischen Gleichungen des Newton-Euler Verfahrens [Seite 215]
9.3 - C Modellbildung und Simulation der statischen Reibung [Seite 217]
9.3.1 - C1 Statische Reibung bei einem Einzelgelenk [Seite 217]
9.3.2 - C2 Statische Reibung beim Roboterarm [Seite 219]
9.4 - D ManDy: Programmier- Simulations- und Visualisierungswerkzeug [Seite 221]
9.5 - E Weitere Simulationswerkzeuge [Seite 224]
9.5.1 - E1 PTP- und CP-Interpolation für einen planaren Zweigelenkroboter [Seite 224]
9.5.2 - E2 Spline-Interpolation mit zwei Bahnsegmenten [Seite 224]
9.5.3 - E3 Newton-Euler-Verfahren für Zweigelenkroboter [Seite 225]
9.5.4 - E4 Simulation einer Eingelenkregelung [Seite 227]
10 - Literatur [Seite 228]
11 - Formelzeichen [Seite 236]
12 - Index [Seite 240]
13 - Hinweise zur Internetseite [Seite 243]
Komponenten eines Industrieroboters
Beschreibung einer Roboterstellung
Transformation zwischen Roboter- und Weltkoordinaten
Bewegungsart und Interpolation
Roboterprogrammierung
Modell der Dynamik
Regelung
Das Buch bietet Studierenden technischer Fachbereiche und der Informatik an Universitäten und Fachhochschulen einen Grundkurs in die Lagebeschreibung, Interpolation, Programmierung und Regelung von Industrierobotern. Mit einfachen, anwendungsnahen Beispielen wird schrittweise in die unbedingt notwendigen mathematischen Methoden eingeführt. Praktikern aus der Industrie, die fortgeschrittene, leistungsfähige Regelungskonzepte entwickeln, bietet das Buch einen effizienten Zugang zur Modellbildung und zum Regelungsentwurf.
Im Internet: Das Entwicklungs- und Visualisierungswerkzeug ManDy, Matlab-M-Files für Beispiele und Übungsaufgaben.

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