Robotics (MSD,SS25,4Sem)

1. Einführung in die Robotik:

  • Roboterarten: Unterscheidung zwischen Industrierobotern, Servicerobotern und humanoiden Robotern.

  • Geschichte und Entwicklung: Von Karel Čapek bis zu modernen Robotern wie ASIMO.

  • Aufbau eines Industrierobotersystems: Komponenten wie Roboterarm, Steuerung, Endeffektoren, Sensorik, Peripherie.

  • Soziale Aspekte: Arbeitsplatzverlagerung, Qualifikationsanforderungen, gesellschaftliche Akzeptanz.

  • Kinematik und Kenngrößen:

    • Serielle und parallele Kinematik.

    • Freiheitsgrade, Achstypen, Gestellbauarten.

    • Wichtige Kennwerte (z. B. Genauigkeit, Geschwindigkeit, Lasten).

  • Steuerung und Endeffektoren: Aufbau und Funktion von Greifern und Werkzeugen.

  • Sensorik: Taktile Sensoren, Bildverarbeitungssysteme, Laserscanner etc.

  • Sicherheitsaspekte und Mensch-Roboter-Kollaboration

  • Roboteranwendungen: Schweißen, Montage, Verpackung, Laserschneiden.

2. Roboterkinematik:

  • Kinematische Bauformen:

    • Serielle Roboter (Portalroboter, SCARA, Knickarmroboter, zylindrische Roboter).

    • Parallele Roboter (Tripod, Hexapod).

  • Mathematische Modellierung:

    • Vorwärts- und Rückwärtskinematik.

    • Denavit-Hartenberg-Darstellung.

    • Transformationen.

  • Iterative Methoden & Jacobi-Matrix:

    • Numerische Verfahren zur Berechnung der Inverskinematik.

  • Koordinatensysteme:

    • Maschinen-, Roboter-, Base-, Tool- und Weltkoordinaten.

    • Synchronisation mit Förderbändern.

  • Digitale Arbeitszellen: Koordinatentransformation als Grundlage für Simulation und Offline-Programmierung.

3. Dynamik und Regelung von Robotern:

  • Modellierung mechanischer Systeme:

    • Translations- und Rotationsbewegungen.

    • Bewegungsgleichungen für Robotergelenke.

  • Dynamikberechnung:

    • Euler-Lagrange-Methode: Energieorientierter Ansatz für dynamische Systeme.

    • Newton-Euler-Ansatz: Kraftmomentenbasierter rekursiver Algorithmus, geeignet für Echtzeit-Anwendungen.

  • Beispiele zur Anwendung: Planare 2R-Roboter, Massenträgheitsmatrix.

  • Simulation:

    • Werkzeuge zur Visualisierung und Modellierung von Robotersystemen.

  • Regelungstechnik:

    • P-, I-, D-, PID-Regler.

    • Lageregelung, Kaskadenregelung.

4. Bahnplanung und Programmierung:

  • Bewegungsarten:

    • PTP (Point-to-Point), CP (Continuous Path), Splinebahnen.

    • Einfluss von Parametern wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, Überschleifen.

  • Roboter-Roboter-Kooperation:

    • Steuerungsstrategien (zentral vs. dezentral).

    • Kommunikationstypen: synchron, asynchron, semisynchron.

  • Programmierverfahren:

    • Online- vs. Offline-Programmierung.

    • Programmiersprachen (z. B. KRL – KUKA Robot Language).

    • Grafische und intuitive Programmieransätze.

  • Programmierkonzepte:

    • Integration von I/O-Signalen.

    • Bewegungsparallele Aktionen.

    • Objektorientierte Ansätze in der modernen Robotikprogrammierung.