Industrieroboter

1 - Inhaltsverzeichnis [Seite 7]
2 - Vorwort zur 1. Auflage [Seite 11]
3 - Vorwort zur 5. Auflage [Seite 15]
4 - 1 Komponenten eines Industrieroboters [Seite 17]
4.1 - 1.1 Definition und Einsatzgebiete von Industrierobotern [Seite 17]
4.2 - 1.2 Mechanischer Aufbau [Seite 19]
4.3 - 1.3 Steuerung und Programmierung [Seite 23]
4.4 - 1.4 Struktur und Aufgaben der Regelung [Seite 25]
4.5 - 1.5 Neuere Einsatzfelder und Konzepte der Industrierobotik [Seite 29]
5 - 2 Beschreibung einer Roboterstellung [Seite 33]
5.1 - 2.1 Grundlagen der Lagebeschreibung [Seite 33]
5.1.1 - 2.1.1 Koordinatensysteme [Seite 33]
5.1.2 - 2.1.2 Freie Vektoren [Seite 33]
5.1.3 - 2.1.3 Operationen mit Vektoren [Seite 35]
5.1.4 - 2.1.4 Ortsvektoren [Seite 37]
5.1.5 - 2.1.5 Anordnung von Elementen in Vektoren und Matrizen [Seite 38]
5.1.6 - 2.1.6 Rotationsmatrizen [Seite 38]
5.1.7 - 2.1.7 Homogene Matrizen (Frames) [Seite 41]
5.1.8 - 2.1.8 Beschreibung der Orientierung durch Euler-Winkel [Seite 43]
5.1.9 - 2.1.9 Roll-Pitch-Yaw-Winkel [Seite 47]
5.1.10 - 2.1.10 Beschreibung der Orientierung durch Drehvektor und Drehwinkel [Seite 48]
5.1.11 - 2.1.11 Freiheitsgrad des Robotereffektors [Seite 51]
5.1.12 - 2.1.12 Differenzieren von Vektoren in bewegten Koordinatensystemen [Seite 52]
5.2 - 2.2 Die Denavit-Hartenberg-Konvention für Industrieroboter [Seite 54]
5.2.1 - 2.2.1 Der Industrieroboter mit offener kinematischer Kette [Seite 54]
5.2.2 - 2.2.2 Koordinatensysteme und kinematische Parameter nach der Denavit-Hartenberg-Konvention [Seite 55]
5.2.3 - 2.2.3 Rotationsmatrizen und homogene Matrizen auf Basis der Denavit-Hartenberg-Parameter [Seite 61]
5.3 - 2.3 Übungsaufgaben [Seite 63]
6 - 3 Transformationen zwischen Roboter- und Weltkoordinaten [Seite 65]
6.1 - 3.1 Die Vorwärtstransformation [Seite 66]
6.2 - 3.2 Die Rückwärtstransformation [Seite 67]
6.2.1 - 3.2.1 Mehrdeutigkeiten und Singularitäten [Seite 67]
6.2.2 - 3.2.2 Lösungsvoraussetzungen und Lösungsansätze [Seite 68]
6.2.3 - 3.2.3 Rückwärtstransformation an einem Zweigelenkroboter [Seite 68]
6.2.4 - 3.2.4 Rückwärtstransformation an einem SCARA Roboter [Seite 70]
6.2.5 - 3.2.5 Geometrische Rückwärtstransformation für den R6-Knickarmroboter [Seite 72]
6.3 - 3.3 Kinematische Transformationen mit der Jacobi-Matrix [Seite 78]
6.3.1 - 3.3.1 Die Jacobi-Matrix in der Robotik [Seite 78]
6.3.2 - 3.3.2 Rückwärtstransformation auf Basis der inversen Jacobi-Matrix [Seite 82]
6.3.3 - 3.3.3 Rückwärtstransformation mit der transponierten Jacobi-Matrix [Seite 83]
6.4 - 3.4 Übungsaufgaben [Seite 84]
7 - 4 Bewegungsart und Interpolation [Seite 85]
7.1 - 4.1 Übersicht zu den Steuerungsarten [Seite 85]
7.2 - 4.2 PTP-Bahn und Interpolationsarten [Seite 87]
7.2.1 - 4.2.1 Prinzipieller Ablauf der PTP-Steuerung [Seite 87]
7.2.2 - 4.2.2 Rampenprofil zur Interpolation [Seite 89]
7.2.3 - 4.2.3 Sinoidenprofil zur Interpolation [Seite 91]
7.2.4 - 4.2.4 Anpassung an die Interpolationsschrittweite [Seite 93]
7.2.5 - 4.2.5 Synchrone PTP [Seite 95]
7.2.6 - 4.2.6 Vollsynchrone PTP [Seite 96]
7.2.7 - 4.2.7 Beispiel für eine PTP-Bahn [Seite 97]
7.3 - 4.3 Bahnsteuerung (CP-Steuerung) [Seite 99]
7.3.1 - 4.3.1 Prinzipieller Ablauf der Bahnsteuerung [Seite 99]
7.3.2 - 4.3.2 Linearinterpolation [Seite 100]
7.3.3 - 4.3.3 Zirkularinterpolation [Seite 103]
7.3.4 - 4.3.4 Beispiel für eine CP-Bahn [Seite 109]
7.4 - 4.4 Durchfahren von Zwischenstellungen ohne Stillstand der Achsen [Seite 110]
7.4.1 - 4.4.1 PTP-Überschleifen [Seite 110]
7.4.2 - 4.4.2 CP-Überschleifen [Seite 112]
7.4.3 - 4.4.3 Spline-Interpolation für PTP-Bahn [Seite 113]
7.4.4 - 4.4.4 Spline-Interpolation in kartesischen Koordinaten [Seite 116]
7.5 - 4.5 Übungsaufgaben [Seite 120]
8 - 5 Roboterprogrammierung [Seite 123]
8.1 - 5.1 Online-Roboterprogrammierung [Seite 124]
8.1.1 - 5.1.1 Teach-In-Programmierung [Seite 124]
8.1.2 - 5.1.2 Play-Back-Programmierung [Seite 126]
8.1.3 - 5.1.3 Master-Slave-Programmierung [Seite 127]
8.2 - 5.2 Offline-Programmierung [Seite 128]
8.2.1 - 5.2.1 Textuelle Programmierung in einer problemorientierten Programmiersprache [Seite 129]
8.2.2 - 5.2.2 Grafisch interaktive/CAD-basierte Programmierung [Seite 129]
8.2.3 - 5.2.3 Aufgabenorientierte Programmierung [Seite 130]
8.3 - 5.3 Roboterprogrammiersprachen [Seite 132]
8.3.1 - 5.3.1 Sprachelemente von Roboterprogrammiersprachen [Seite 133]
8.3.2 - 5.3.2 Programmbeispiel [Seite 135]
8.4 - 5.4 Programmierunterstützung durch grafische Simulation [Seite 138]
8.5 - 5.5 Vergleich der verschiedenen Programmierarten [Seite 140]
8.6 - 5.6 Übungsaufgaben [Seite 141]
9 - 6 Modell der Dynamik [Seite 143]
9.1 - 6.1 Modell der Dynamik einer Gelenkachse [Seite 143]
9.1.1 - 6.1.1 Modell der Mechanik eines Gelenks/Armteils [Seite 143]
9.1.2 - 6.1.2 Modell des Antriebsmotors und der Servoelektronik [Seite 145]
9.1.3 - 6.1.3 Modell des ideal angenommenen Antriebsstrangs eines Gelenks [Seite 147]
9.1.4 - 6.1.4 Gesamtmodell einer Einzelachse bei ideal angenommenem Antriebsstrang [Seite 148]
9.2 - 6.2 Modell der Mechanik eines Roboterarms mit dem rekursiven Newton-Euler-Verfahren [Seite 149]
9.2.1 - 6.2.1 Kinematische Berechnungen [Seite 150]
9.2.2 - 6.2.2 Rekursive Berechnung der Gelenkkräfte bzw. -drehmomente [Seite 154]
9.2.3 - 6.2.3 Anfangswerte für die rekursiven Berechnungen [Seite 156]
9.2.4 - 6.2.4 Geeignete Darstellung der Vektoren und Zusammenfassung [Seite 157]
9.2.5 - 6.2.5 Einfache Beispiele zum Newton-Euler-Verfahren [Seite 159]
9.2.6 - 6.2.6 Explizite Berechnung einzelner Komponenten der Bewegungsgleichung [Seite 163]
9.3 - 6.3 Gesamtmodell der Regelstrecke [Seite 168]
9.3.1 - 6.3.1 Modell der Antriebsmotoren und Servoelektronik aller Gelenke [Seite 168]
9.3.2 - 6.3.2 Zusammenfassung der Modellgleichungen [Seite 170]
9.4 - 6.4 Übungsaufgaben [Seite 171]
10 - 7 Regelung [Seite 175]
10.1 - 7.1 Aufgaben und prinzipielle Strukturen [Seite 175]
10.2 - 7.2 Dezentrale Gelenkregelung in Kaskadenstruktur [Seite 179]
10.2.1 - 7.2.1 Übersicht und Regelstrecke [Seite 179]
10.2.2 - 7.2.2 Geschwindigkeitsregelung mit PI-Regler [Seite 181]
10.2.3 - 7.2.3 ReDuS-Geschwindigkeitsregler [Seite 184]
10.2.4 - 7.2.4 Entwurf des Lagereglers [Seite 187]
10.2.5 - 7.2.5 Beispiel für eine dezentrale Lageregelung [Seite 193]
10.2.6 - 7.2.6 Hinweise zur Realisierung [Seite 197]
10.3 - 7.3 Adaptive Einzelgelenkregelungen [Seite 198]
10.4 - 7.4 Modellbasierte Regelungskonzepte [Seite 201]
10.4.1 - 7.4.1 Zentrale Vorsteuerung [Seite 202]
10.4.2 - 7.4.2 Entkopplung und Linearisierung [Seite 204]
10.4.3 - 7.4.3 Modellbasierte Regelung mit PID-Strukturen [Seite 207]
10.4.4 - 7.4.4 Robuste Regelung durch vorgegebenes Verzögerungsverhalten [Seite 209]
10.4.5 - 7.4.5 Modellbasierte Lageregelung mit Kaskadenstruktur [Seite 212]
10.4.6 - 7.4.6 Hinweise zur Realisierung modellbasierter Gelenkregelungen [Seite 213]
10.4.7 - 7.4.7 Modellbasierte Lageregelung in kartesischen Koordinaten [Seite 214]
10.4.8 - 7.4.8 Beispiel für eine modellbasierte Regelung [Seite 216]
10.5 - 7.5 Nichtanalytische Regelungsverfahren [Seite 218]
10.5.1 - 7.5.1 Fuzzy-Regelungen [Seite 218]
10.5.2 - 7.5.2 Neuronale Lernverfahren in der Gelenkregelung [Seite 220]
10.6 - 7.6 Strukturen von Kraftregelungen [Seite 223]
10.7 - 7.7 Bildgestützte Regelung [Seite 225]
10.7.1 - 7.7.1 Strukturen von Visual Servoing [Seite 226]
10.7.2 - 7.7.2 Bildverarbeitung [Seite 229]
10.7.3 - 7.7.3 Kameramodell [Seite 230]
10.7.4 - 7.7.4 Gelenkbewegungen aus Bildinformationen [Seite 232]
10.7.5 - 7.7.5 Visual Servoing mit modellbasierter Gelenkregelung [Seite 235]
10.8 - 7.8 Externe hybride Regelungskonzepte [Seite 236]
10.9 - 7.9 Übungsaufgaben [Seite 237]
11 - Anhang [Seite 241]
11.1 - A Einige Definitionen und Rechenregeln für Matrizen [Seite 241]
11.2 - B Aufstellen der Jacobi-Matrix [Seite 245]
11.2.1 - B1 Beschreibung der Bewegung des Effektors in Abhängigkeit von den relativen Geschwindigkeiten der Armteile [Seite 245]
11.2.2 - B2 Berechnung durch Anwendung der kinematischen Gleichungen des Newton-Euler Verfahrens [Seite 247]
11.3 - C Modellbildung und Simulation der statischen Reibung [Seite 249]
11.3.1 - C1 Statische Reibung bei einem Einzelgelenk [Seite 249]
11.3.2 - C2 Statische Reibung beim Roboterarm [Seite 251]
11.4 - D ManDy: Programmier-, Simulations- und Visualisierungswerkzeug [Seite 253]
11.5 - E Weitere Simulationswerkzeuge [Seite 256]
11.5.1 - E1 PTP- und CP-Interpolation für einen planaren Zweigelenkroboter [Seite 256]
11.5.2 - E2 Spline-Interpolation [Seite 257]
11.5.3 - E3 Newton-Euler-Verfahren für Zweigelenkroboter [Seite 257]
11.5.4 - E4 Simulation einer Eingelenkregelung [Seite 259]
12 - Hinweise zur Internetseite [Seite 260]
13 - Literatur [Seite 261]
14 - Formelzeichen [Seite 269]
15 - Index [Seite 273]