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Robotik mit MATLAB:

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Bibliographic Details
Main Author:	Stark, Georg (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München Hanser [2022]
Edition:	2., aktualisierte und erweiterte Auflage
Series:	Lehrbücher zur Informatik
Subjects:	MATLAB Robotik Lehrbuch
Online Access:	Inhaltsverzeichnis
Physical Description:	XV, 290 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm
ISBN:	9783446471955 3446471952

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adam_text	INHALT VORWORT ...................................................................................................... V 1 EINFUEHRUNG IN DIE ROBOTIK ............................................................ 1 1.1 HISTORIE ................................................................................................ 1 1.2 DEFINITION UND KLASSIFIKATION ............................................................ 5 1.2.1 ROBOTER ................................................................................. 5 1.2.2 ROBOTIK ALS WISSENSCHAFT ................................................... 7 1.3 INDUSTRIEROBOTER ................................................................................ 8 1.3.1 MECHANISCHER AUFBAU ......................................................... 9 1.3.2 KOMPONENTEN EINES ROBOTERSYSTEMS ................................. 17 1.3.3 STEUERUNGUNDSYSTEMSOFTWARE ......................................... 19 1.3.4 ANWENDUNGSPROGRAMMIERUNG UND BEDIENUNG ............... 21 1.4 ANDERE ROBOTERKLASSEN .................................................................... 24 1.4.1 SERVICEROBOTER UND MOBILE ROBOTER ................................... 24 1.4.2 MIKROROBOTER ....................................................................... 26 1.4.3 HUMANOIDE UND KOGNITIVE ROBOTER ................................... 27 1.5 DATENFLUSS IN EINEM ROBOTERSYSTEM ................................................ 29 1.6 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................ 31 2 GRUNDLAGEN DER ROBOTERMATHEMATIK .......................................... 33 2.1 FORMALE MODELLE ................................................................................ 33 2.2 PUNKT, GERADE, EBENE ........................................................................ 35 2.2.1 PUNKT UND KOORDINATEN ....................................................... 35 2.2.2 VEKTOREN ............................................................................... 36 2.2.3 GERADE IN EBENE UND RAUM ............................................... 37 2.2.4 SCHNITTPUNKT ZWEIER GERADEN ............................................. 39 2.2.5 EBENE IM RAUM ................................................................... 40 2.2.6 SCHNITTGERADE ZWEIER EBENEN ............................................. 40 2.3 TRIGONOMETRISCHE FUNKTIONEN ......................................................... 41 2.3.1 GRADMASS, BOGENMASS, EINHEITSKREIS ................................ 41 2.3.2 INVERSE TRIGONOMETRISCHE FUNKTIONEN ................................ 42 2.3.3 WINKEL IN EINEM ALLGEMEINEN DREIECK, KOSINUSSATZ .... 43 2.4 LINEARE ALGEBRA ................................................................................. 43 2.4.1 VEKTOREN UND MATRIZEN ........................................................ 43 2.4.2 LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME ................................................ 47 2.4.3 LINEARE ABBILDUNG ................................................................ 51 2.4.4 DARSTELLUNG DER ORIENTIERUNG DURCH EULERWINKEL ............. 58 2.5 POLYNOME ........................................................................................... 63 2.6 DIFFERENTIELLE ZUSAMMENHAENGE ....................................................... 64 2.6.1 ABLEITUNG VON FUNKTIONEN .................................................. 64 2.6.2 BERECHNUNG DER JACOBIMATRIX ............................................ 65 2.7 ZUSAMMENFASSUNG ........................................................................... 67 2.8 AUFGABEN ........................................................................................... 68 3 PROGRAMMIEREN MIT MATLAB ....................................................... 73 3.1 ERSTE SCHRITTE ..................................................................................... 73 3.1.1 WAS IST MATLAB? ................................................................ 73 3.1.2 BEDIENOBERFLAECHE .................................................................. 75 3.1.3 VARIABLEN IN MATLAB .......................................................... 78 3.1.4 ARITHMETISCHE OPERATIONEN ................................................ 84 3.1.5 BEHANDLUNG VON ZEICHENKETTEN .......................................... 87 3.1.6 PROGRAMMSTRUKTUREN .......................................................... 90 3.1.7 EIN-/AUSGABE UND DATEIOPERATIONEN .................................. 97 3.1.8 GRAFIK .................................................................................... 99 3.2 UNTERSTUETZUNG DER ROBOTERMATHEMATIK ......................................... 101 3.2.1 SCHNITT, ABSTAND VON EBENE UND GERADE ............................ 101 3.2.2 WINKELBERECHNUNG .............................................................. 105 3.2.3 KOORDINATENTRANSFORMATIONEN ............................................ 106 3.2.4 INVERSE EULERTRANSFORMATION .............................................. 108 3.2.5 SYNTHESE VON POLYNOMEN .................................................... 109 3.2.6 BERECHNUNG DER JACOBIMATRIX .............................................. 111 3.2.7 FUNKTIONSBIBLIOTHEK ROBOMATS ........................................ 112 3.3 MATLAB ALS TECHNISCHE PROGRAMMIERSPRACHE ............................. 115 3.3.1 BESONDERE EIGENSCHAFTEN .................................................... 115 3.3.2 SOFTWAREENTWURF .................................................................. 117 3.4 ZUSAMMENFASSUNG ........................................................................... 121 3.5 AUFGABEN ........................................................................................... 122 4 MODELLIERUNG DER KINEMATISCHEN STRUKTUR ............................... 127 4.1 EINFUEHRUNG ........................................................................................ 127 4.1.1 FREIHEITSGRAD UND KINEMATISCHE KETTE ............................. 127 4.1.2 GEEIGNETES ROBOTERMODELL ................................................. 129 4.2 KINEMATIKMODELL NACH DENAVIT-HARTENBERG .................................. 130 4.2.1 KONZEPT ................................................................................. 130 4.2.2 KINEMATISCHE STRUKTUREN IN DER PRAXIS ........................... 133 4.3 PROGRAMM ZUR BERECHNUNG DER DH-PARAMETER ............................ 138 4.3.1 SOFTWAREENTWICKLUNG ........................................................... 138 4.3.2 IMPLEMENTIERUNG UND TEST ................................................. 140 4.4 TRANSFORMATIONEN ZWISCHEN ROBOTER UND WELTKOORDINATEN .... 144 4.4.1 VORUEBERLEGUNGEN ................................................................. 144 4.4.2 VORWAERTSTRANSFORMATION ..................................................... 146 4.4.3 RUECKTRANSFORMATION ........................................................... 148 4.5 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................ 164 4.6 AUFGABEN ............................................................................................ 165 5 ENTWURF VON BAHNSTEUERUNGEN ................................................... 169 5.1 PRINZIPIEN .......................................................................................... 169 5.1.1 EINBINDUNG DER BAHNSTEUERUNG IN DEN DATENFLUSS ......... 169 5.1.2 VERFAHRARTEN ......................................................................... 171 5.2 BAHNPLANUNG ...................................................................................... 173 5.2.1 TRAJEKTORIE ........................................................................... 173 5.2.2 GESCHWINDIGKEITSPROFIL ....................................................... 180 5.2.3 SYNCHRONISATION UND ANPASSUNG AN DEN INTERPOLATIONSTAKT .............................................................. 185 5.3 INTERPOLATION ...................................................................................... 186 5.3.1 ECHTZEITANFORDERUNGEN ....................................................... 186 5.3.2 INTERPOLATIONSVEKTOR UND GESCHWINDIGKEITSPROFIL ........... 187 5.3.3 TRAJEKTORIE ........................................................................... 188 5.4 PROGRAMMIERUNG ............................................................................... 190 5.4.1 UMSETZUNG DES BEWEGUNGSMODELLS ................................... 190 5.4.2 MODELLZUSTAND UND MODELLPARAMETER ............................... 193 5.4.3 GLOBALE MODELLFUNKTIONEN ................................................. 194 5.4.4 HILFSFUNKTIONEN ................................................................... 203 5.5 TEST UND VISUALISIERUNG ................................................................... 205 5.5.1 TESTANWENDUNG ................................................................... 205 5.5.2 VISUALISIERUNG UND AUSWERTUNG ....................................... 207 5.6 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................ 209 5.7 AUFGABEN ............................................................................................ 211 6 PROGRAMMIEREN IM GROSSEN ........................................................... 215 6.1 GEEIGNETE SOFTWAREKONZEPTE ............................................................ 216 6.1.1 ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN .............................................. 216 6.1.2 UNTERSTUETZUNG DURCH MATLAB.......................................... 217 6.2 KOMPONENTENORIENTIERTE PROGRAMMIERUNG IN MATLAB ................ 220 6.2.1 KONZEPT .................................................................................. 220 6.2.2 PROGRAMMIERUNG ................................................................. 224 6.3 INTEGRATION DER SERVERKOMPONENTE ECHTZEITINTERPOLATOR .............. 230 6.3.1 SYSTEMARCHITEKTUR ................................................................ 230 6.3.2 FUNKTIONSUMFANG DES ECHTZEITINTERPOLATORS ..................... 232 6.3.3 EXPORTIERTE METHODEN UND EREIGNISSE ............................... 234 6.3.4 PROGRAMMIERUNG DER CLIENT-SCHNITTSTELLE ......................... 235 6.3.5 PROGRAMMIERUNG DER SERVER-SCHNITTSTELLE UND REGISTRIERUNG ...................................................................... 237 6.4 REALISIERUNG EINES ROBOTERSIMULATORS MIT GRAFIKMODELL ............ 239 6.4.1 BESCHREIBUNG DES GRAFIKMODELLS ...................................... 239 6.4.2 INITIALISIERUNG UND AUSFUEHRUNG DER GESAMTSOFTWARE ... 240 6.5 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................ 241 6.6 AUFGABEN ............................................................................................ 243 7 ANWENDUNGEN .................................................................................. 245 7.1 GRUNDSAETZE .......................................................................................... 245 7.2 BEISPIELE 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V 1 EINFUEHRUNG IN DIE ROBOTIK . 1 1.1 HISTORIE . 1 1.2 DEFINITION UND KLASSIFIKATION . 5 1.2.1 ROBOTER . 5 1.2.2 ROBOTIK ALS WISSENSCHAFT . 7 1.3 INDUSTRIEROBOTER . 8 1.3.1 MECHANISCHER AUFBAU . 9 1.3.2 KOMPONENTEN EINES ROBOTERSYSTEMS . 17 1.3.3 STEUERUNGUNDSYSTEMSOFTWARE . 19 1.3.4 ANWENDUNGSPROGRAMMIERUNG UND BEDIENUNG . 21 1.4 ANDERE ROBOTERKLASSEN . 24 1.4.1 SERVICEROBOTER UND MOBILE ROBOTER . 24 1.4.2 MIKROROBOTER . 26 1.4.3 HUMANOIDE UND KOGNITIVE ROBOTER . 27 1.5 DATENFLUSS IN EINEM ROBOTERSYSTEM . 29 1.6 ZUSAMMENFASSUNG . 31 2 GRUNDLAGEN DER ROBOTERMATHEMATIK . 33 2.1 FORMALE MODELLE . 33 2.2 PUNKT, GERADE, EBENE . 35 2.2.1 PUNKT UND KOORDINATEN . 35 2.2.2 VEKTOREN . 36 2.2.3 GERADE IN EBENE UND RAUM . 37 2.2.4 SCHNITTPUNKT ZWEIER GERADEN . 39 2.2.5 EBENE IM RAUM . 40 2.2.6 SCHNITTGERADE ZWEIER EBENEN . 40 2.3 TRIGONOMETRISCHE FUNKTIONEN . 41 2.3.1 GRADMASS, BOGENMASS, EINHEITSKREIS . 41 2.3.2 INVERSE TRIGONOMETRISCHE FUNKTIONEN . 42 2.3.3 WINKEL IN EINEM ALLGEMEINEN DREIECK, KOSINUSSATZ . 43 2.4 LINEARE ALGEBRA . 43 2.4.1 VEKTOREN UND MATRIZEN . 43 2.4.2 LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME . 47 2.4.3 LINEARE ABBILDUNG . 51 2.4.4 DARSTELLUNG DER ORIENTIERUNG DURCH EULERWINKEL . 58 2.5 POLYNOME . 63 2.6 DIFFERENTIELLE ZUSAMMENHAENGE . 64 2.6.1 ABLEITUNG VON FUNKTIONEN . 64 2.6.2 BERECHNUNG DER JACOBIMATRIX . 65 2.7 ZUSAMMENFASSUNG . 67 2.8 AUFGABEN . 68 3 PROGRAMMIEREN MIT MATLAB . 73 3.1 ERSTE SCHRITTE . 73 3.1.1 WAS IST MATLAB? 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