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Vorbestellen	Zweigstelle: 07., Urban-Loritz-Pl. 2a	Standorte: NT.EIA Maie / College 6c - Informatik & Computer	Status: Entliehen	Frist: 02.12.2024	Vorbestellungen: 0

Die Robotertechnik oder Robotik gilt als wichtige und zukunftsträchtige Technologie. Aus der Robotisierung ergeben sich Chancen auf Produktivitätsfortschritte und damit Wirtschaftswachstum. Kernbereich der Robotertechnik ist die Entwicklung und Steuerung von Robotern. Roboter realisieren eine Interaktion mit der physischen Welt auf Basis von Sensoren, Aktoren und Informationsverarbeitung.

Dieses Buch behandelt alle wesentlichen Grundlagen der Robotik:

geschichtliche Entwicklungen,

Roboterarten,

Autonomie bei mobilen Robotern,

Robotergesetze,

mechanische Komponenten und Kinematik,

Lageregelung und Wegmessung,

Koordinatensysteme,

Industrieroboter,

Effektoren und Greifer,

Sicherheit und Schutzeinrichtungen in der Robotik,

Programmierung und Programmiersprachen,

Sensoren,

humanoide Roboter,

künstliche Intelligenz sowie

zukünftige Entwicklungen

Verlagstext

Inhaltsverzeichnis

1 EINFÜHRUNG ...... 151.1 Interdisziplinäre Wissenschaft ......... 151.2 Definition des Roboters .......... 162 GESCHICHTE DER ROBOTER 182.1 Erste Ansätze ...... 182.2 Jahrhunderte danach .............. 192.3 Die Bezeichnung ¿Roboter¿ ... 192.4 Modernere Konzepte ............... 202.5 Im 20. Jahrhundert ................... 202.5.1Von1961bis1970..212.5.2Von1971bis1980..212.5.3Von1981bis1990..222.5.4Von1991bis2000..232.6 Ab 2001 ...... 243 ROBOTERARTEN 263.1 Stationäre Roboter ................... 273.2 Mobile Roboter .... 273.3 Arbeitsroboter ..... 303.4 Serviceroboter ..... 313.5 Personal Roboter 323.6 Erkundungsroboter ................. 333.7 Humanoide Roboter ................. 343.8 Androiden .. 353.9 Industrieroboter .. 353.10 Militär- und Kampfroboter ....... 363.11 Rettungsroboter .. 38

8 3.12 Roboter in der Medizin ............ 393.13 Spielzeugroboter 423.14 Schwarmroboter . 433.15 BEAM ......... 453.16 Nanoroboter ........ 453.17 Bionische Roboter ................... 484 AUTONOMIE BEI MOBILEN ROBOTERN ............. 504.1 Grade der Autonomie .............. 504.2 Fähigkeiten und Forderungen 514.3 Weltmodelle ......... 514.4 Sensoren.... 524.5 Navigation . 534.6 Steuerungsarchitekturen autonomer Roboter ..... 544.7 Energieversorgung mobiler Roboter .................... 564.7.1Akkumulatoren.......574.7.2¿Supercaps¿............584.7.3Brennstoffzellen.....594.7.4Photovoltaik...........594.7.5StromvonMikroben........605 DIE ROBOTERGESETZE ......... 625.1 Nulltes Gesetz ..... 625.2 Zukünftige Herausforderungen ........ 636 MECHANISCHE KOMPONENTEN EINES ROBOTERS .. 646.1 Mechanischer Aufbau ............. 646.2 Roboterkinematik .................... 656.3 Freiheitsgrade ..... 666.4 Gelenke und Achsen ............... 676.4.1Rotations¿ undTranslationsachsen.......676.4.2Gelenkbauformen..686.4.3SymbolefürRoboterachsen..................696.5 Rotatorische Achsen ............... 706.5.1Kompaktgelenke....70

96.5.2KonstruktiveMaßnahmen716.5.3Getriebearten.........726.5.4HarmonicDriveGetriebe..756.6 Translatorische Achsen ¿ Linearantriebe ............ 776.6.1AntriebskonzepteundEigenschaften....786.6.2Zahnstangen¿Stirnrad¿Antrieb...............786.6.3Spindelantriebe.......796.6.4Zahnriementrieb.....806.6.5Elektrozylinder........816.6.6HydraulikundPneumatik.826.6.7Linearmotoren........826.7 Die kinematische Kette ........... 846.7.1SerielleKinematik...846.7.2Parallelkinematik....856.7.3Hexapoden,Tripoden.......866.8 DH-Transformation .................. 866.9 Menschliche Gelenke .............. 886.9.1Experiment..............896.9.2Rotationsbewegungen......907 LAGEREGELUNG UND WEGMESSUNG ............... 917.1 Lageregelkreise ... 917.2 Wegmessung ....... 927.2.1Direktundindirekt..927.2.2Absolutoderinkremental.937.2.3Gray¿Code...............957.3 Drehzahlmessung .................... 978 KOORDINATENSYSTEME ....... 988.1 Koordinaten ......... 988.1.1KartesischeKoordinaten...998.1.2Polarkoordinaten..1008.1.3Zylinderkoordinaten.......1018.1.4Kugelkoordinaten..1028.2 Bezugssysteme am Roboter . 1038.2.1Raumbezug...........1038.2.2Achsenbezug.........1058.2.3Transformationen.106

10 9 INDUSTRIEROBOTER ........... 1079.1 Erste Industrieroboter ........... 1079.2 Definitionen, Kenngrößen und Anwendungen .. 1089.2.1Definitionen.........1089.2.2KenngrößenvonIndustrierobotern....1099.2.3Anwendungsgebiete......1129.3 Aufbau von Industrierobotern ........ 1139.3.1Bestandteile.........1139.3.2MechanischerAufbau....1149.3.3Bauarten...............1159.4 Knickarm-Roboter ................. 1169.5 Schwenkarm-Roboter ............ 1189.6 Spezielle Bauformen ............. 1199.6.1SCARA¿Roboter....1199.6.2Delta¿Roboter.......1219.6.3Leichtbauroboter.1249.6.4SoftRobotics........1279.6.5Portalroboter.......1289.7 Aufgaben und Komponenten der Robotersteuerung . 1309.7.1AufgabenundAnforderungen............1309.7.2KomponentenderSteuerung..............1319.7.3Programmiergeräte........1339.7.4Bewegungsarten..1359.7.5Betriebsarten.......1379.8 Markt und Hersteller .............. 13810 EFFEKTOREN UND GREIFER......... 14310.1 Definitionen ....... 14310.2 Roboter-Handachsen ............ 14510.2.1Antriebe...............14510.2.2Kinematikstrukturen......14610.3 Greifer ...... 14710.4 Greiferprinzipien .................... 14910.5 Anthropomorphe Greifer ....... 15710.5.1Roboterhände......15710.5.2Antriebe...............15810.5.3DieDLR¿Hand.......15910.6 Roboterwerkzeuge ................. 160

1111 SICHERHEIT UND SCHUTZEINRICHTUNGEN IN DER ROBOTIK ... 16411.1 Sicherheitstechnik allgemein ......... 16411.2 Risikobeurteilung ................... 16511.2.1Fehlverhalten........16611.2.2Gefährdungen.......16611.2.3Risikobewertung...16711.2.4Risikominderung...16711.3 Die Richtlinie EN ISO 13849-1 ......... 16811.3.1Performance¿Level16911.3.2EinstufungdesRisikos.....16911.3.3Risikograf..............17011.3.4ErmittlungdesPerformanceLevels.....17011.4 Von Robotern ausgehende Gefahren ................. 17111.5 Schutzmaßnahmen ................ 17211.5.1Sicherheitsfunktionen.....17311.5.2Schutzeinrichtungen.......17311.5.3BerührungsloswirkenderSchutz.........17511.6 Sicheres Stillsetzen ............... 17611.7 Redundanz ......... 17911.8 Mensch-Roboter-Kollaboration ...... 18011.8.1DINENISO10218¿1/2.....18011.8.2KollaborierendeRoboter18111.8.3RoboterohneSchutzzaun....................18111.8.4Kollisionsüberwachung...18312 PROGRAMMIERUNG VON ROBOTERN .............. 18512.1 Online-Programmierung ....... 18612.1.1Teach¿in¿Programmierung...................18612.2 Offline-Programmierung ....... 19012.2.1TextuelleProgrammierung..................19012.2.2CAD¿gestützteVerfahren19112.2.3Simulation.............19312.2.4ExpliziteProgrammierverfahren..........19312.2.5ImpliziteProgrammierverfahren.........19412.2.6WeitereVerfahren19512.3 Programmiersprachen für Roboter 19512.3.1GrundelementevonRobotersprachen19612.3.2EinigeProgrammiersprachen...............19912.3.3KurzbeschreibungeinigerProgrammiersprachen..............20012.3.4KRLvonKuka.........202

12 12.4 Das Problem der Normierung ......... 20512.4.1ProgrammierspracheIRL20612.4.2IRDATA¿Code........20612.5 Einbindung einer SPS ........... 20712.6 Tendenz: Einfachere Programmierung .............. 20813 DIE FIRMA KUKA ................... 21013.1 Unternehmensgeschichte ..... 21013.2 Kuka Roboter und Systems .. 21113.3 Industrie 4.0 ....... 21213.4 Mobiler Produktionsassistent ........ 21414 SENSOREN FÜR ROBOTER . 21514.1 Grundlagen der Sensorik ...... 21514.1.1SensoreninderAutomatisierung.......21614.1.2TechnischeSensoren......21714.2 Sensoren der Robotik ........... 21814.2.1AufgabenderSensoren,Anforderungen......21814.2.2InterneSensoren..21914.2.3ExterneSensoren.22014.3 Näherungsschalter ................ 22114.3.1BerührendeSensoren....22114.3.2BerührungsloswirkendeGeber..........22214.4 Funktion diverser Näherungsschalter ................ 22314.4.1InduktiveNäherungsschalter..............22314.4.2KapazitiveNäherungsschalter.............22414.4.3MagnetischeNäherungsschalter........22514.5 Photoelektrische Sensoren .. 22814.5.1PhotoelektrischerEffekt22914.5.2OptischeNäherungsschalter...............22914.5.3Lichtschranken.....22914.6 Bildverarbeitung .................... 23114.7 Sensoren für mobile Roboter ......... 23514.7.1InterneundexterneSensoren............23514.7.2Näherungssensoren.......23614.7.3TaktileSensoren...23714.7.4Ultraschallsensoren........23714.7.5MessungmitInfrarot.....240

1314.7.6Laser.24014.7.7Kamera..................24114.7.8¿Dead¿Reckoning¿.24115 HUMANOIDE ROBOTER ........ 24315.1 Der Traum vom künstlichen Menschen .............. 24315.2 Wesentliche Eigenschaften humanoider Roboter ....... 24515.3 Technische Realisierung ...... 24615.3.1TechnischeHerausforderungen...........24615.3.2Sensoren...............24715.3.3NurmenschlicheSinnesorgane?..........24915.4 Aufbau ...... 24915.5 Die Roboterhand .................... 25115.5.1DiemenschlicheHand....25115.5.2Roboterhände.......25215.5.3Antriebe................25315.5.4Steuerung..............25515.5.5Mensch¿Roboter¿Kooperation.............25715.6 Der aufrechte Gang ................ 25815.6.1AnalysedesGehens........25915.6.2NeueLösungsansätze.....26115.7 Autonomie humanoider Roboter .... 26415.7.1AutonomeRoboter.........26415.7.2Realisierung..........26515.8 Bekannte humanoide Roboter ........ 26715.9 Roboterethik ...... 27016 KÜNSTLICHE INTELLIGENZ . 27316.1 Was ist Intelligenz? ................ 27316.2 Künstliche Intelligenz ............ 27416.3 Maschinelles Sehen ............... 27516.4 Mustererkennung ................... 27716.5 Künstliche neuronale Netze .. 27816.6 Kybernetik ......... 28216.7 Pioniere der künstlichen Intelligenz ................... 284

14 17 AUSBLICK: ZUKÜNFTIGE ENTWICKLUNGEN... 287STICHWORTVERZEICHNIS ................ 29