Grundlagen der Robotik

Organisatorisches und Hinweise

Start der Vorlesung zum Wintersemester 2022/2023: Erste Vorlesung am Fr. 12.10.2023; zur Vorbereitung auf die Vorlesung schauen Sie sich bitte das Mathe-Tutorial im OPAL-Kurs an. Falls Sie die Elemente nicht beherrschen nutzen Sie die Woche doch einfach zur Wiederholung der Mathematikgrundlagen. Sie werden sie brauchen!

Verwendung von Lehrmaterial der Lehrveranstaltung: Weiterverbreitung und Verwendung des Lehrmaterials zu den an dieser Professur gehaltenen Vorlesungen ist nur durch eine ausdrückliche Erlaubnis möglich. Studierende dürfen die Unterlagen zum Durcharbeiten und Lernen frei verwenden. Die Verwendung ohne ausdrückliche Genehmigung der Professur verstößt gegen Urheberrechte. Die Verwendung ist nur durch eine vorherige Genehmigung möglich. Dieses gilt auch, wenn die Lehrveranstaltung an der TU Chemnitz gehalten wird.

Die Einschreibung in das Praktikum erfolgt über OPAL. Folgen Sie dazu den oben genannten Link.

Die Vorlesung befasst sich mit den Grundlagen der Robotik und behandelt die grundlegenden Mathematischen Methoden und Werkzeuge der Robotik. Dazu zählen die Definitionen des Begriffs des Freiheitsgrades, des Arbeitsraums und der Kinematik. Die Berechnungen mittels homogener Koordinaten wird vorgestellt.  Die Notation von kinematischen Ketten durch Denavit-Hartenberg Parameter, die direkte und inverse Berechnung von verschiedenen Kinematiken, die Kinematik der Geschwindigkeiten, die Dynamik der Roboter und die Planung von Trajektorien sowie die Regelung von einzelnen Gelenken. Außerdem werden einfache Programmiersprachen zur Ansteuerung von Robotern vorgestellt. Die Übung vertieft den Inhalt der Vorlesung.

Inhalt

Inhaltsübersicht

1. Historischer Rückblick
2. Einführung in die Robotik
   1. Grundbegriffe
   2. Anwendung von Robotern
3. Roboterkinematik
   1. Rotationsmatrizen
   2. Homogene Koordinaten und homogene Matrizen
   3. Denavit-Hartenberg - Notation und Denavit-Hartenberg-Matrizen
   4. Direkte Kinematik
   5. Inverse Kinematik
   6. Kinematik der Geschwindigkeiten
      1. Jacobi-Matrix von Manipulatoren, Singularitäten
      2. Das Ellipsoid der Manipulationsfähigkeit
4. Dynamik der Roboter
5. Planung der Trajektorie
   1. Einführung
   2. Planung der Trajektorie in Gelenkkoordinaten
   3. Planung der Trajektorie im kartesischen Raum
6. Grundlagen der Roboterprogrammierung und Schnittstellen zu modernen Robotern
7. Grundlagen der Gelenkregelung

Studiengänge

• Pflichtfach im 5. Semesster des Bachelor Elektrotechnik und Informationstechnik, Vertiefung Automatisierungstechnik (B_ETAk5)
• Wahlpflichtfach im 5. Semesster des Bachelor Elektrotechnik und Informationstechnik, Vertiefung Informations- und Kommunikationstechnik (B_ETIk5)
• Wahlpflichtfach im 5. Semesster des Bachelor Mikrotechnik / Mechatronik (B_MMEW5, B_MMFE5)
• Wahlpflichtfach im 3. oder 5. Semesster des Bachelor MINT(B_MT__3, B_MT__5)
• Wahlpflichtfach im 9. Semesster des Diplom-Studiengang Maschinenbau (D_MBFö9)
• Wahlpflichtfach im 1. Semesster des Master Human Factors (M_HF__1)
• Wahlpflichtfach im 3. Semesster des Master Informatik (M_In__3)
• Wahlpflichtfach im 1. Semesster des Master Neurorobotik (M_NR__1)
• Wahlpflichtfach im 3. Semesster des Master Sozialpädagogik (M_Sp__3 )

Literaturhinweise

• Spong, M. W., Hutchinson, S., & Vidyasagar, M. (2020). Robot modeling and control. John Wiley & Sons.
• Fu, K. S., Gonzalez, R., & Lee, C. G. (1987). Robotics: Control Sensing. Vis. Tata McGraw-Hill Education.
• Craig, J. J. (2009). Introduction to robotics: mechanics and control, 3/E. Pearson Education India. (Vorsicht andere DH-Notation)