Robotersysteme

11M2007

Master

Deutsch

5.0

nur Wintersemester

1 Semester

Industrielle Produktionsautomatisierung ist heute ohne den Einsatz moderner Robotersysteme nicht mehr denkbar. Die Realisierung entsprechender Automatisierungskonzepte erfordert hierbei tiefgreifende Kenntnisse zur Robotik und ein entsprechendes Systemverständnis. In der Lehrveranstaltung werden hierzu die theoretischen Grundlagen der Robotik in Bezug auf Kinematik, Steuerung und Regelung gepaart und synchronisiert mit anwendungsbezogenem Wissen zur Programmierung, Simulation und Automatisierungsintegration vermittelt. In dieser Kombination werden Studierende befähigt, sowohl applikationsspezifische Robotikkinematiken selber zu entwickeln, als auch industrielle Automatisierungsaufgaben effizient auf Basis marktgängiger Robotersysteme und weiterer Komponenten zu realisieren.

Exkursionen werden bedarfsorientiert und begleitend zu der Lehrveranstaltung durchgeführt.

1. Grundlagen -> Historische Entwicklung, Zahlen zum Industrierobotereinsatz, Orientierungsbeschreibungen, Homogene Transformation

2. Roboterkinematikmodellierung -> Kinematische Ketten, Denavit-Hartenberg-Parameter, Vorwärts-/Rückwärtstransformation, Universaltransformation (Jakobi-Matrix), Singularitäten

3. Aufstellen der Bewegungsgleichungen -> Newton-Euler, Lagrange

4. Regelung von Industrierobotern -> Linearisierung von Bewegungsgleichungssystemen, kaskadierter Regler

5. Parallele Kinematiken -> Delta-Roboter, Hexapod, CoreXY3

6. Bewegungssteuerung -> Bewegungsarten, Überschleifen, interpolierte Bewegungen, Bahnplanung

7. Roboterprogrammierung und -simulation -> Realistic Robot Simulation (RRS), Planung kollisionsfreier Bewegungsbahnen (Konfigurationsraum), Kalibrierung von Simulationsmodellen

8. Industrielle Anwendungen -> Verkettung von Roboterzellen, Mensch-Roboter-Kollaboration, Integration ins Steuerungsarchitekturen (z.B. mxAutomation)

Praktikum -> Fertigung und Montage von Bauteilen, Verkettung von Roboterstationen, Anwendung von Process Simulate zur Trajektorien- und Programmerzeugung, Offline-Programmierung und Übertragung auf Laborroboter, Entwurf kaskadierte Regelung, Anwendung von Delta-Robotern

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

• Portfolio-Prüfungsleistung oder
• Klausur

• experimentelle Arbeit

Die benotete Prüfungsleistung wird vom Dozierenden festgelegt: Klausur oder Portfolio-Prüfungsleistung.

Die Portfolio-Prüfungsleistung besteht aus vier Elementen, welche die vermittelten methodischen und rechnerischen Fähigkeiten fokussieren. Sie setzt sich aus 2 semesterbegleitenden mündlichen Projektberichten (PMU) und 2 schriftlichen Projektberichten (PSC) zusammen. Die Gesamtpunktzahl beträgt 100 Punkte, wovon in jedem Projektbericht maximal 25 Punkte erreicht werden können.

Für die im Modul zulässigen benoteten Prüfungsarten gelten jeweils die folgenden Angaben zur Dauer bzw. zum Umfang:
Klausur: siehe jeweils gültige Studienordnung
Mündlicher Projektbericht (als Bestandteil einer Portfolio-Prüfung): 15 - 20 Minuten
Schriftlicher Projektbericht (als Bestandteil einer Portfolio-Prüfung): 10 - 12 Seiten

Im Rahmen der unbenoteten Prüfungsleistung werden 4 bis 6 Versuchsaufgaben bearbeitet.

Höhere Mathematik, Elektrische Antriebe, Leistungselektronik

Nach Abschluss des Moduls unterscheiden Studierende die gängigen Roboterkinematiken und ordnen deren Möglichkeiten zu einem industriellen Einsatz ein. Sie benennen die in der Robotik gebräuchlichen Orientierungsbeschreibungen und veranschaulichen kinematische Ketten und Bewegungsarten bei Industrierobotern. Ebenso erklären Studierende die Funktionsweise der in Industrierobotern eingesetzten Regler und beschreiben die für eine Regelung notwendigen Bewegungsgleichungen.

Studierende verdeutlichen nach Abschluss des Moduls die Verwendung von Denavit-Hartenberg-Parametern für die Beschreibung des kinematischen Aufbaus von Industrierobotern. Sie erörtern die Aufstellung der Bewegungsgleichungen unter Verwendung des Lagrange-Formalismus und Newton-Euler-Verfahrens und stellen diese Möglichkeiten gegenüber. Weiterhin begründen die Studierenden den Einsatz möglicher Simulationsmethoden und -werkzeuge bei industriellen Applikationen und vergleichen hierbei erreichbare Genauigkeiten.

Studierende implementieren nach Abschluss des Moduls eigenständig Simulationsmodelle für die Programmierung und Visualisierung von Roboterbewegungen unter Verwendung typischer Simulationssoftware. Sie entscheiden über den Einsatz geeigneter Roboterkinematiken in industriellen Applikationen, entwickeln roboter-gestützte Automationskonzepte und realisieren entsprechende Automatisierungsprojekte im betrieblichen Umfeld. Die Studierenden werten Daten existierender Roboteranlagen und Robotersysteme aus und optimieren deren Effizienz und Betriebsweisen unter Verwendung der erlernten Technologien und Arbeitsmethoden.

Nach Abschluss des Moduls bewerten Studierende den Einsatz bestehender Robotertechnologien für ein konkretes Einsatzszenario und arbeiten hierfür notwendige neue Forschungsaspekte heraus. Dabei haben sie einen systemischen Gesamtblick auf die Kinematik, Steuerung, Regelung, Modellierung und mögliche Realisierung im unternehmerischen Kontext. Auf Basis wissenschaftlicher Fachliteratur erkennen die Studierenden Lücken zwischen dem Stand der Technik und ihrer konkreten Lösungsidee bei der Entwicklung einer roboter-gestützen Anlagen- und Systemarchitektur und extrahieren hieraus konkrete Forschungsfragen.

• Rokossa, Dirk

• Rokossa, Dirk
• Niemeyer, Philip