10 Inhaltsverzeichnis

Transkript

1 Georg Stark Robotik mit MATLAB Mit 101 Bildern, 33 Tabellen, 40 Beispielen, 55 Aufgaben und 37 Listings Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung in die Robotik Historie Definition und Klassifikation Roboter Robotik als Wissenschaft Industrieroboter Mechanischer Aufbau Komponenten eines Robotersystems Steuerung und Systemsoftware Anwendungsprogrammierung und Bedienung Andere Roboterklassen Serviceroboter und mobile Roboter Mikroroboter Humanoide Roboter Datenfluss in einem Robotersystem Zusammenfassung 37 2 Grundlagen der Robotermathematik Formale Modelle Punkt, Gerade, Ebene Punkt und Koordinaten Vektoren Gerade in Ebene und Raum Schnittpunkt zweier Geraden Ebene im Raum Schnittgerade zweier Ebenen Trigonometrische Funktionen Gradmaß, Bogenmaß, Einheitskreis Inverse trigonometrische Funktionen Winkel in einem allgemeinen Dreieck, Kosinussatz Lineare Algebra Vektoren und Matrizen Lineare Gleichungssysteme Lineare Abbildung Darstellung der Orientierung durch Eulerwinkel 63

3 10 Inhaltsverzeichnis 2.5 Polynome 2.6 Differentielle Zusammenhänge Ableitung von Funktionen Berechnung der Jacobimatrix Zusammenfassung Aufgaben 72 3 Programmieren mit MATLAB Erste Schritte Was ist MATLAB? Bedienoberfläche Variablen in MATLAB Arithmetische Operationen Behandlung von Zeichenketten Programmstrukturen Ein-/Ausgabe und Dateioperationen Grafik Unterstützung der Robotermathematik Schnitt, Abstand von Ebene und Gerade Winkelberechnung Koordinatentransformationen Inverse Eulertransformation Synthese von Polynomen Berechnung der Jacobimatrix Hl Funktionsbibliothek ROBOMATS MATLAB als technische Programmiersprache H Besondere Eigenschaften Softwareentwurf Zusammenfassung Aufgaben Modellierung der kinematischen Struktur 4.1 Einführung Freiheitsgrad und kinematische Kette Geeignetes Robotermodell Kinematikmodell nach Denavit-Hartenberg Konzept Kinematische Strukturen in der Praxis Programm zur Berechnung der DH-Parameter Softwareentwicklung Implementierung und Test Transformationen zwischen Roboter-und Weltkoordinaten l Vorüberlegungen Vorwärtstransformation Rücktransformation

4 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung Aufgaben Entwurf von Bahnsteuerungen Prinzipien Einbindung der Bahnsteuerung in den Datenfluss Verfahrarten Bahnplanung Trajektorie Geschwindigkeitsprofil Synchronisation und Anpassung an den Interpolationstakt Interpolation Echtzeitanforderungen Interpolationsvektor und Geschwindigkeitsprofil Trajektorie Programmierung Umsetzung des Bewegungsmodells Modellzustand und Modellparameter Globale Modellfunktionen Hilfsfunktionen Test und Visualisierung Testanwendung Visualisierung und Auswertung Zusammenfassung Aufgaben Programmieren im Großen Geeignete Softwarekonzepte Allgemeine Anforderungen Unterstützung durch MATLAB Komponentenorientierte Programmierung in MATLAB Konzept Programmierung Integration der Serverkomponente Echtzeitinterpolator Systemarchitektur Funktionsumfang des Echtzeitinterpolators Exportierte Methoden und Ereignisse Programmierung der Client-Schnittstelle Programmierung der Server-Schnittstelle und Registrierung Realisierung eines Robotersimulators mit Grafikmodell Beschreibung des Grafikmodells Initialisierung und Ausführung der Gesamtsoftware Zusammenfassung Aufgaben 236

5 12 Inhaltsverzeichnis 7 Anwendungen Grundsätze Beispiele Palettieren Bearbeiten Langloch Zusammenfassung Aufgaben Fehlerbehandlung und Optimierung Fehler im Programmcode Syntax- und Laufzeitfehler Debugger Behandlung externer Fehler Ausgabe von Meldungen Überprüfung fehlerhafter Daten Try-Catch-Konstrukt Programmoptimierung Rechenzeit Programmstruktur und Quellcode Beispiel - Verbesserung der Bahnsteuerung Codeanalyse Fehlerüberwachung Laufzeitoptimierung Zusammenfassung Aufgaben 271 Literaturverzeichnis 273 Sachwortverzeichnis 276