Industrieroboter: Methoden der Steuerung und Regelung
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| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
München
Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag
[2017]
|
| Edition: | 3., neu bearbeitete Auflage |
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| Online Access: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | mit 146 Bildern und 30 Übungsaufgaben sowie einer begleitenden Internetseite unter www.weber-industrieroboter.eit.h-da.de |
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| ISBN: | 9783446433557 3446433554 |
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Inhalt
Q Komponenten eines Industrieroboters 15
1 1 Definition und Einsatzgebiete von Industrierobotern 15
1 2 Mechanischer Aufbau 17
1 3 Steuerung und Programmierung 21
1 4 Struktur und Aufgaben der Regelung 23
1 5 Neuere Einsatzfelder und Konzepte der Industrierobotik 26
Q| Beschreibung einer Robotersteilung 29
2 1 Grundlagen der Lagebeschreibung 29
211 Koordinatensysteme 29
212 Freie Vektoren 29
213 Operationen mit Vektoren 31
214 Ortsvektoren 33
215 Anordnung von Elementen in Vektoren und Matrizen 34
216 Rotationsmatrizen 34
217 Homogene Matrizen (Frames) 37
218 Beschreibung der Orientierung durch Euler-Winkel 39
219 Freiheitsgrad des Robotereffektors 43
2 1 10 Differenzieren von Vektoren in bewegten
Koordinatensystemen 44
2 2 Die Denavit-Hartenberg-Konvention für Industrieroboter 46
221 Der Industrieroboter mit offener kinematischer Kette 46
222 Koordinatensysteme und kinematische Parameter
nach der Denavit-Hartenberg-Konvention 47
223 Rotationsmatrizen und homogene Matrizen auf Basis
der Denavit-Hartenberg-Parameter 52
2 3 Übungsaufgaben 55
Q| Transformationen zwischen Roboter- und Weltkoordinaten 57
3 1 Die Vorwärtstransformation 58
3 2 Die Rückwärtstransformation 58
321 Mehrdeutigkeiten und Singularitäten 58
322 Lösungsvoraussetzungen und Lösungsansätze 59
323 Rückwärtstransformation an einem Zweigelenkroboter 60
324 Geometrische Rückwärtstransformation für den
R6-Knickarmroboter 63
12
Inhalt
3 3 Kinematische Transformationen mit der Jacobi-Matrix 69
3 4 Übungsaufgaben 70
Q Bewegungsart und Interpolation 71
4 1 Übersicht zu den Steuerungsarten 71
4 2 PTP-Bahn und Interpolationsarten 73
421 Prinzipieller Ablauf der PTP-Steuerung 73
422 Rampenprofil zur Interpolation 75
423 Sinoidenprofil zur Interpolation 77
424 Anpassung an die Interpolations Schrittweite 79
425 Synchrone PTP 81
426 Vollsynchrone PTP 82
427 Beispiel für eine PTP-Bahn 83
4 3 Bahnsteuerung (CP-Steuerung) 85
431 Prinzipieller Ablauf der Bahnsteuerung 85
432 Linearinterpolation 86
433 Zirkularinterpolation 88
434 Beispiel für eine CP-Bahn 95
4 4 Durchfahren von Zwischenstellungen ohne Stillstand der Achsen 96
441 PTP-Überschleifen 97
442 CP-Überschleifen 98
443 Spline-Interpolation für PTP-Bahn 99
444 Spline-Interpolation in kartesischen Koordinaten 101
4 5 Übungsaufgaben 103
Q Roboterprogrammierung 106
5 1 Online-Roboterprogrammierung 107
511 Teach-In-Programmierung 107
512 Play-Back-Programmierung 109
513 Master-Slave-Programmierung 110
5 2 Offline-Programmierung 111
521 Textuelle Programmierung in einer problemorientierten
Programmiersprache 112
522 Grafisch interaktive/CAD-basierte Programmierung 112
523 Aufgabenorientierte Programmierung 113
5 3 Roboterprogrammiersprachen 115
531 Sprachelemente von Roboterprogrammiersprachen 116
532 Programmbeispiel 118
5 4 Programmierunter Stützung durch grafische Simulation 120
5 5 Vergleich der verschiedenen Programmierarten 122
5 6 Übungsaufgaben 123
6 1 Modell der Dynamik einer Gelenkachse 124
611 Modell der Mechanik eines Gelenks/Armteils 124
612 Modell des Antriebsmotors und der Servoelektronik 126
613 Modell des ideal angenommenen Antriebsstrangs
eines Gelenks 128
614 Gesamtmodell des ideal angenommenen Antriebsstrangs
eines Gelenks 129
6 2 Modell der Mechanik eines Roboterarms mit dem rekursiven
Newton-Euler-Verfahren 130
621 Kinematische Berechnungen 132
622 Rekursive Berechnung der Gelenkkräfte bzw -drehmomente 135
623 Anfangswerte für die rekursiven Berechnungen 137
624 Geeignete Darstellung der Vektoren und Zusammenfassung 138
625 Einfache Beispiele zum Newton-Euler-Verfahren 139
626 Explizite Berechnung einzelner Komponenten
der Bewegungsgleichung 144
6 3 Gesamtmodell der Regelstrecke 148
631 Modell der Antriebsmotoren und Servoelektronik
aller Gelenke 149
632 Zusammenfassung der Modellgleichungen 151
6 4 Übungsaufgaben 152
Q Regelung 155
7 1 Aufgaben und prinzipielle Strukturen 155
7 2 Dezentrale Gelenkregelung in Kaskadenstruktur 159
721 Übersicht und Regelstrecke 159
722 Geschwindigkeitsregelung mit PI-Regler 161
723 ReDuS-Geschwindigkeitsregler 164
724 Entwurf des Lagereglers 167
725 Beispiel für eine dezentrale Lageregelung 173
726 Hinweise zur Realisierung 177
7 3 Adaptive Einzelgelenkregelungen 179
7 4 Modellbasierte Regelungskonzepte 182
741 Zentrale Vorsteuerung 182
742 Entkopplung und Linearisierung 184
743 Modellbasierte Regelung mit PID-Strukturen 187
744 Robuste Regelung durch vorgegebenes
Verzögerungsverhalten 189
745 Modellbasierte Lageregelung mit Kaskadenstruktur 192
746 Hinweise zur Realisierung modellbasierter Gelenkregelungen 194
747 Modellbasierte Lageregelung in kartesischen Koordinaten- 195
748 Beispiel für eine modellbasierte Regelung 197
7 5 Nichtanalytische Regelungsverfahren 199
751 Fuzzy-Regelungen 199
752 Neuronale Lernverfahren in der Gelenkregelung 201
14
Inhalt
7 6 Strukturen von Kraftregelungen 204
7 7 Übungsaufgaben 206
H Anhang 208
A Einige Definitionen und Rechenregeln für Matrizen 208
B Aufstellen der Jacobi-Matrix 212
Bl Beschreibung der Bewegung des Effektors in Abhängigkeit
von den relativen Geschwindigkeiten der Armteile 212
B2 Berechnung durch Anwendung der kinematischen
Gleichungen des Newton-Euler Verfahrens 214
C Modellbildung und Simulation der statischen Reibung 216
CI Statische Reibung bei einem Einzelgelenk 216
C2 Statische Reibung beim Roboterarm 218
D ManDy: Programmier-, Simulations-und Visualisierungswerkzeug 220
E Weitere Simulations Werkzeuge 223
El PTP- und CP-Interpolation für einen planaren
Zweigelenkroboter 223
E2 Spline-Interpolation mit zwei Bahnsegmenten 223
E3 Newton-Euler-Verfahren für Zweigelenkroboter 224
E4 Simulation einer Eingelenkregelung 226
| Literatur 227
| Formelzeichen 235
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