Industrieroboter, Methoden der Steuerung und Regelung
Wolfgang WeberDie vorliegende 3. Auflage wurde vollständig durchgesehen, modifiziert und ergänzt. Ein
geflossen sind viele konstruktive kritische Anmerkungen und Hinweise von Studierenden
und Fachkollegen aus der Industrie und Hochschule.
Seit dem Erscheinen der zweiten Auflage haben in der Industrierobotertechnik wichtige
neue Entwicklungen stattgefunden. In Kapitel 1 werden einige neuere Entwicklungen
skizziert. Dieses Kapitel wurde aktualisiert und um einen neuen Abschnitt erweitert.
In Kapitel 2 wurden zwei Änderungen vorgenommen. In den ersten Auflagen wurde der
Euler-Winkel B in negativer Richtung der aktuellen y-Achse gerechnet. Da dies oft zu Ver
wirrungen geführt hat und diese Vorschrift kaum noch in Roboterprogrammiersprachen
zu finden ist, ist in dieser Auflage das Vorzeichen von B durch die Richtung der y-Achse
bestimmt. Die Vorschriften zur Definition der Koordinatensysteme nach der Denavit-
Hartenberg-Konvention wurde im Besonderen bei benachbarten parallelen Achsen etwas
modifiziert. Die Kapitel 3 und 4 sind weitgehend unverändert. Da aber die effiziente
Berechnung der Jacobi-Matrix in der Praxis immer wichtiger wird, wurden zwei geeignete
Methoden im Anhang B aufgeführt.
Die Roboterprogrammierung hat die größten Entwicklungsgeschwindigkeiten zu verzeich
nen. Dies gilt besonders für die Möglichkeiten der Programmierunterstützung durch die
grafische Simulation. Dieses Lehr- und Fachbuch enthält deshalb nur die Grundlagen und
Hinweise auf neuere Entwicklungen. In Kapitel 5 wurden die Teilabschnitte, die sich mit
Ursachen und Lösungsansätze zur Abweichung zwischen Simulation und Realität befas
sen in dieser Auflage gekürzt, da sie heute weitgehend als gelöst gelten.
In der vorherigen Auflage wurde in Kapitel 6 das Modell des Mehrkörpersystems Roboter
arm als Teil der Regelstrecke entwickelt. Zum Entwurf von Einzelgelenkregelungen wurde
dieses Modell durch Vernachlässigungen von Kopplungen und Vereinfachungen zu einem
Eingrößensystem überführt. In dieser 3. Auflage wird zuerst das Modell der Regelstrecke
eines Eingelenksystems eingeführt. Erfahrungen haben gezeigt, dass Einsteiger und Stu
dierende dadurch einen einfacheren Zugang zur Modellbildung des Mehrgrößensystems
Roboterarm erhalten. Weitere Schwierigkeiten bestehen bekanntlich in der Modellierung
und Simulation der Reibungseinflüsse. Deshalb wird in Kapitel 6 nur ein linear von der
Geschwindigkeit abhängiger Reibungsverlust betrachtet. Wer sich näher mit der statischen
Reibung befassen muss oder will, findet in Anhang C einen ersten Einstieg in dieses inte
ressante, aber nicht ganz einfache Problem.
In Kapitel 7 wurde bei der dezentralen Lageregelung der Entwurf des PI-Reglers des unter
lagerten Geschwindigkeitsregelung durch Vorgabe von Durchtrittsfrequenz und Phasen
reserve zusätzlich eingeführt.
Da die Simulationsumgebung ManDy laufend weiterentwickelt wird, wird in dieser Auf
lage im Anhang D ausschließlich eine Übersicht über die Möglichkeiten gegeben. Eine
aktuelle vollständige Dokumentation kann auf der angegebenen Website eingesehen und
heruntergeladen werden.
Ich danke allen Firmen und Einrichtungen, die mir aktuelles Bildmaterial zur Verfügung
gestellt haben. Für fachliche Hinweise und die Bereitstellung und Betreuung der Website
sowie für die Unterstützung bei der Weiterentwicklung der Simulationssoftware ManDy
möchte ich mich bei Dipl.-Ing. Günter Trautmann und M. Sc. Alexander König von der
Hochschule Darmstadt und meinem Sohn Volkram Weber bedanken. Herzlicher Dank gilt
Frau Jacob vom Fachbuchverlag Leipzig für die geduldige und engagierte Zusammenarbeit
bei der Realisierung dieser neu bearbeiteten Auflage.
Darmstadt, im Januar 2017
Wolfgang Weber