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Dieser praxisorientierte Leitfaden vermittelt die grundlegenden Kenntnisse der Konstruktionsprinzipien von Industrierobotern mit Schwerpunkt auf dem methodischen Vorgehen im Rahmen der Entwicklungs- und Berechnungsarbeiten.

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A - Übersicht und Stand der Entwicklung.- 1 Einleitung.- 1.1 Definition und Einsatzgebiete.- 1.2 Historische Entwicklung und Trends.- 1.3 Literaturübersicht.- 1.4 Inhaltsübersicht.- 1.5 Bemerkungen zur Schreibweise.- 2 Aufbau von Industrierobotern.- 2.1 Anforderungen an Industrieroboter.- 2.2 Kinematische Grundtypen.- 2.3 Beispielroboter.- 2.3.1 Dynamische Kenngrößen.- 2.3.2 Mechanik der Antriebselemente.- B - Grundlagen zur Berechnung und Auslegung.- 3 Mechanische Modellbildung.- 3.1 Mehrkörpersysteme.- 3.2 Finite-Elemente-Systeme.- 3.3 Kontinuierliche Systeme.- 3.4 Hybride Mehrkörpersysteme.- 3.5 Bewertung der mechanischen Modelle.- 3.6 Beispielroboter als Mehrkörpersystem.- 4 Kinematik.- 4.1 Grundlegendes zur Kinematik von Industrierobotern.- 4.1.1 Lagebeschreibung der Teilkörper.- 4.1.2 Geschwindigkeit der Teilkörper.- 4.1.3 Beschleunigung der Teilkörper.- 4.1.4 Virtuelle Bewegung.- 4.1.5 Denavit-Hartenberg-Methode.- 4.2 Wechselwirkung Manipulator - Weltkoordinaten.- 4.2.1 Transformation der Manipulator- in Weltkoordinaten: Vorwärtstransformation.- 4.2.2 Transformation von Welt- in Manipulatorkoordinaten: Rückwärtstransformation.- 4.2.3 Vergleich von Verfahren zur Rückwärtstransformation.- 5 Bewegungsgleichungen.- 5.1 Grundlagen und Ubersicht.- 5.2 Kräftearten.- 5.2.1 Eingeprägte Kräfte und Momente.- 5.2.2 Reaktionskräfte und -momente.- 5.3 Grundgleichungen der Dynamik.- 5.3.1 Dynamik der Teilkörper.- 5.3.2 Globale Newton-Eulersehe Gleichungen.- 5.4 Bewegungsgleichungen.- 5.4.1 Nichtlineare Bewegungsgleichungen.- 5.4.2 Linearisierte Bewegungsgleichungen.- 5.4.3 Automatische Gleichungsaufstellung.- 5.4.4 Bewegungsgleichungen des Beispielroboters.- 5.4.5 Berücksichtigung von Übersetzungsverhältnissen.- 5.5 Inverses Problem.- 5.6 Zustandsgieichungen.- 5.7 Reaktionsgleichungen.- 5.8 Festigkeitsabschätzung für Strukturelemente.- 6 Auswertung der Bewegungsgleichungen.- 6.1 Analytische Verfahren.- 6.1.1 Lösung der Bewegungsgleichungen.- 6.1.2 Berechnung des Roboterzustands bei gegebener Trajektorie (inverses Problem).- 6.1.3 Eigenwerte und -vektoren.- 6.1.4 Stabilität.- 6.2 Simulation.- 6.3 Experimentelle Verfahren (Identifikation).- 6.4 Beispiel.- 6.4.1 Bewegungsgleichungen.- 6.4.2 Charakteristische Trajektorie, Transformationen.- 6.4.3 Trägheitsmomente, Steuermomente.- 6.4.4 Eigenwerte.- 6.4.5 Stabilität.- 6.4.6 Elastische Systeme.- 7 Steuerung.- 7.1 Übersicht.- 7.1.1 Anforderungen und Aufgaben.- 7.1.2 Einordnung von Robotersteuerungen.- 7.1.3 Zum Stand der Technik.- 7.2 Bewegungsplanung.- 7.2.1 Koordinatentransformationen.- 7.2.2 Bewegungsarten und Interpolation.- 8 Regelung.- 8.1 Regelung einer entkoppelten Achse.- 8.1.1 Struktur der Regelung.- 8.1.2 Reglertypen.- 8.1.3 Bleibende Regelabweichung.- 8.1.4 Bestimmung der Reglerparameter.- 8.1.5 Beispiel.- 8.2 Lineare Mehrgrößen-Regelung.- 8.2.1 Polvorgabe.- 8.2.2 Optimaler Znstandsregler (Riccati-Regelung).- 8.2.3 Reglerentwurf mit Kompensation der Kopplungen.- 8.2.4 Modale Regelung.- 8.3 Regelung des Gesamtsystems.- 8.3.1 Klassische Einzelachsenregelung.- 8.3.2 Nominalsteuerung mit unterlagerter Feinregelung.- 8.3.3 Regelung durch das inverse System (Feedback-Kompensation).- 8.3.4 Realisierung der Steuerungskonzepte.- 8.3.5 Beispielroboter.- 8.4 Weitere Regelkonzepte.- 8.4.1 Adaptive Regelung.- 8.4.2 Robuste Regelung.- 8.4.3 Dezentrale Regelung.- 8.4.4 Regelung elastischer Systeme.- 8.5 Digitale Regelung.- 8.6 Zusammenfassung und Bewertung.- C - Konstruktive Gestaltung, Antriebe und Meßtechnik und Programmierung.- 9 Konstruktive Gestaltung.- 9.1 Strukturelemente.- 9.2 Gelenke.- 9.3 Getriebe und Übertragungselemente.- 9.3.1 Stirnradgetriebe.- 9.3.2 Kegelradgetriebe.- 9.3.3 Planetengetriebe.- 9.3.4 Cyclo-Getriebe.- 9.3.5 Harmonic-Drive-Getriebe.- 9.3.6 Zahnriemengetriebe.- 9.3.7 Gewindespindeln.- 9.3.8 Kardanwellen.- 9.4 Greifer und sensorische Greifsysteme.- 9.5 Werkstoffe.- 9.5.1 Faserverbundwerkstoffe.- 9.5.2 Herstellverfahren für Bauteile a

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