> Teil 1: Steuerung und Regelung industrieller Roboter (IRB)

Industrielle Robotik und Bildverarbeitung

Erster Teil - Steuerung und Regelung industrieller Roboter

Massenproduktion etwa in der Automobilindustrie ist in Deutschland nur durch Einsatz intelligenter und flexibler Automatisierungskomponenten wie zum Beispiel Industrierobotern möglich. Industrieroboter sind komplexe armähnliche Gebilde mit mehreren elektrisch angetriebenen Achsen, durch die am Endeffektor ein Werkzeug oder ein Greifer mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit bewegt werden kann. Solche Industrieroboter werden zum Beispiel in der Fertigung zum Nieten, Schweißen, Fräsen oder zum Greifen und Bewegen von Objekten eingesetzt.
Um Roboter in einer nicht vollständig modellierten Umgebung einsetzen zu können, ist eine komplexe Sensorik erforderlich. Hierfür wird der Roboter unter anderem mit elektronischen Augen in Form von Kameras ausgestattet. Die davon aufgenommenen Videobilder sind so zu verarbeiten, dass die dreidimensionale Zielposition ermittelt wird, an die der Robotergreifer fahren soll.
Die Vorlesung behandelt die Grundprinzipien zur Beschreibung der kinematischen und dynamischen Zusammenhänge bei Robotern, Steuerungs- und Regelungsansätze für Industrieroboter.

1. Einführung
1.1 Aufbau von Industrierobotern
1.2 Aufbau von Robotersteuerungen
1.3 Industrielle Anwendungen

2. Kinematische Beschreibung von Robotern
2.1 Homogene Koordinaten
2.2 Übergang zwischen Koordinatensystemen
2.3 Kinematische Beschreibung von Robotern nach Denavit-Hartenberg
2.4 Vorwärtstransformation
    2.4.1 RPY-Winkeldefinition
    2.4.2 Ermittlung der verallgemeinerten Position

3. Kartesische Vorgaben und Bestimmung der zugehörigen Gelenkstellung
3.1 Analytische Lösung
3.2 Geometrische Lösung
3.3 Mehrdeutigkeiten und Singularitäten
3.4 Differenzielle Lösung

4. Bewegungsarten und Interpolation
4.1 Bewegungsarten
4.2 Achsinterpolation
4.3 Synchrone PtP-Bahn
4.4 Bahninterpolation
4.5 Überschleifen
4.6 Spline-Interpolation

5. Regelung von Robotern
5.1 Achsregelung
5.2 Ermittlung eines dynamischen Modells
5.3 Entkopplung durch inverses Modell
5.4 Regelung von Kräften und Bewegungen
    5.4.1 Hybride Kraft- und Bewegungsregelung
    5.4.2 Steifigkeitsregelung
    5.4.3 Inverse Steifigkeitsregelung

6. Zusammenfassung

 

Die Lehrveranstaltung IRB besteht aus einem Vorlesungsmodulen über die Steuerung und Regelung industrieller Roboter, in dem die kinematischen Grundlagen zur Steuerung von Robotern, die Bahnplanung und die Regelung von Bewegungen und Kräften behandelt werden. Ein weiteres Vorlesungsmodul behandelt die Bildverarbeitung zur Steuerung von Robotern.

Das dritte Modul der Lehrveranstaltung ist ein Seminar. Hierfür bearbeiten die Studierenden in Gruppen ein aktuelles Thema aus den Bereichen Robotik oder Bildverarbeitung. Die Themen werden im Seminar präsentiert und im Zusammenhang mit den in der Vorlesung behandelten Grundlagen diskutiert. Die wichtigsten Fakten werden von den Studierenden in einer 5-seitigen Seminararbeit zusammengefasst. Bei den meisten Seminararbeiten besteht die Möglichkeit, das Thema an folgenden realen Systemen und Anlagen im Labor für Automatisierungstechnik zu veranschaulichen.