Starr-elastische Robotersysteme: Theorie und Anwendungen

276 Pages·2011·2.9 MB·German

by  Hubert Gattringer (auth.)

Starr-elastische Robotersysteme

Hubert Gattringer
Starr-elastische
Robotersysteme
Theorie und Anwendungen
123
DIDr.techn.HubertGattringer
JohannesKeplerUniversitätLinz
InstitutfürRobotik
Altenbergerstraße69
4040Linz
Österreich
[email protected]
ISBN978-3-642-22827-8 e-ISBN978-3-642-22828-5
DOI10.1007/978-3-642-22828-5
SpringerHeidelbergDordrechtLondonNewYork
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(cid:2)c Springer-VerlagBerlinHeidelberg2011
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Fu¨rAstrid,Jana,MartinundJonathan

Geleitwort
Dieses Lehrbuch gibt eine Einfu¨hrung in die Modellbildung und Regelung von
starren und elastischen Robotersystemen. Hauptaugenmerk wird auf eine effizi-
ente mathematische Beschreibung dieser Roboter gelegt. Diese Methodik wird im
Theorieteilbehandelt.DerzweiteTeilwidmetsicheinigenAnwendungsbeispielen:
elastische Knickarmroboter, elastische Linearroboter, Industrieroboter, redundante
Roboter, fahrende Roboter und Bewegungsplattformen. Dabei wird detailliert auf
dieModellbildung,aberauchaufdieRegelungdieserSystemeeingegangen.Rege-
lungstheorieimeigentlichenSinnwirdallerdingsnichtbetrieben.Alleangefu¨hrten
AnwendungsbeispielesindsowohlinderSimulationalsauchalsVersuchrealisiert.
DieMessergebnissebelegendieEffektivita¨tderMethoden.Abgerundetwirddieser
TeilmiteinemKapitelu¨berRotordynamik,dasichauchdiesesThemamitdenvor-
gestelltenMethodeneffektivbehandelnla¨sst.
DieseArbeitistdasErgebnismeinerForschungsaktivita¨tenimBereichderRobotik
amInstitutfu¨rRobotikderJohannesKeplerUniversita¨tLinz.SiestelltauchdieBa-
sisfu¨rmeineHabilitationimFachRobotikdar.
Viele Kollegen, Industriepartner, Studienfreunde und Studenten haben mehr oder
wenigerzuihremGelingenbeigetragen.MeintiefsterDankgiltProfessorHartmut
Bremer.SeitdemBeginnmeinerwissenschaftlichenKarrierealsjungerDoktorats-
student sta¨rkte er meine wissenschaftlichen Bemu¨hungen, ließ mir aber auch die
Freiheiten meinen eigenen Weg zu gehen. Sein nahezu unendlicher mechanischer
Fundus, aber auch seine menschliche Art die Dinge zu sehen, beeindrucken mich
sehr.Eswarengute,lehrreicheJahreamInstitut,abereswarenauchsehranstren-
gendeJahre.
Hervorheben mo¨chte ich auch den Zusammenhalt am Institut. Es ist scho¨n zu se-
hen,dassjederfu¨rjedeneinspringtunddasTeamperfektfunktioniert.Insbesonders
dankeichmeinenForschungsassistentenRolandRiepl,PeterStaufer,JohannesKili-
an,KlemensSpringer,MichaelKastner,BernhardOberhuber,StefanHubingerund
Johannes Mayr fu¨r die geleistete Arbeit am Institut und das Engagement in ihren
Projekten.Siesorgenauchdafu¨r,dassderSpaßanderArbeitnichtzukurzkommt.
VonmeinenKollegen,liegtesmirbesondersamHerzen,Dr.WolfgangHo¨barthund
Dr.RalphMitterhuberzudanken.DieDiskussionvonheiklentechnischenProblem-
vii
viii Geleitwort
stellungenistabsolutnotwendig,umwissenschaftlichvoranzukommen.
DemGeschickunseresTechnikersKurtStenzelisteszuverdanken,dasswirsovie-
letolleExperimenteumsetzenkonnten.
DorotheaRu¨gerunterstu¨tztmichbeiallenadministrativenAufgaben,wofu¨richihr
u¨berausdankbarbin.
EinbesondererDankgebu¨hrtmeinerFrauAstrid,sowiemeinenKindernJana,Mar-
tinundJonathan,fu¨rdiescho¨neZeit,diewirmiteinanderverbringendu¨rfenunddas
Versta¨ndnis,dassiemirbeimErstellendieserArbeitentgegenbrachten.Sieschaffen
esmeistinkurzerZeitmichausderFormelweltloszureißen.
DieseArbeitwurdeimRahmendesACCM(AustrianCenterofCompetenceinMe-
chatronics)nachdemKompetenzzentren-ProgrammK2durchgefu¨hrtundmitMit-
teln des Bundes O¨sterreich und des Landes Obero¨sterreich gefo¨rdert. Dieses Zen-
trum ermo¨glicht nicht nur die institutsu¨bergreifende Forschung, sondern gibt auch
vielenjungenKollegendieChanceininteressantenForschungsprojektenzupromo-
vieren.
Fragen und Verbesserungsvorschla¨ge ko¨nnen sie gerne an meine E-Mail-Adresse
[email protected].
Linz,Juni2011 HubertGattringer
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung..................................................... 1
1.1 U¨bersicht ................................................. 1
1.1.1 KlassischeIndustrieroboter............................ 1
1.1.2 Parallelkinematiken .................................. 3
1.1.3 Serviceroboter....................................... 3
1.1.4 ElastischeRoboter ................................... 5
1.2 Definitionen ............................................... 6
1.2.1 Gelenke ............................................ 6
1.2.2 Konfigurationsraum .................................. 6
1.2.3 Operationsraum-TaskSpace .......................... 6
1.2.4 Redundanz.......................................... 6
1.2.5 Singularita¨t ......................................... 7
1.3 Robotercharakteristik ....................................... 7
1.4 StandderTechnik .......................................... 9
1.4.1 Modellbildungfu¨rstarreRobotersysteme ................ 9
1.4.2 Modellbildungfu¨relastischeRobotersysteme............. 11
1.4.3 ElastischeRoboter ................................... 11
1.4.4 Industrieroboter ..................................... 12
1.4.5 RedundanteRoboter.................................. 13
1.4.6 FahrendeRoboter.................................... 14
1.4.7 Bewegungsplattformen ............................... 14
1.5 GliederungderArbeit....................................... 15
TeilI Theorie
2 Kinematik..................................................... 21
2.1 TransformationenzwischenVektorenundKoordinatensystemen ... 21
2.1.1 PositionundDrehmatrizen ............................ 21
2.1.2 Ra¨umlicheDrehungen ................................ 22
2.2 Geschwindigkeiten ......................................... 29
2.2.1 Translationsgeschwindigkeiten......................... 29
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