Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit am Institut fur Regelungstech nik der Technischen Universitat Braunschweig. Sie wurde durch die Deutsche Forschungs gemeinschaft im Rahmen des Schwerpunktprogramms "Neue Systeme der elektromecha nischen Energiewand lung" gefordert. Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr.-Ing. W. Leonhard, dem Leiter des Instituts, der diese Arbeit anregte und forderte. Fur die Obernahme der Mitberichterstattung danke ich Herrn Prof. Dr. rer. nat. E. Brom mundt. Meinen Kollegen und allen Mitarbeitern des Instituts danke ich fUr ihre Unterstutzung und ihre konstruktive Zusammenarbeit. Ebenso danke ich allen Studenten, die durch ihre Studien-und Diplomarbeiten zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen haben. SchlieBlich danke ich der Volkswagen AG fur die Unterstutzung des Forschungsvorhabens durch leihweise Bereitstellung eines Roboters Typ G60. VI Inhaltsverzeichnis O. Obersicht ............................................ . 1. Einflihrung ........................................... 2 1.1 Stand der Technik ..................................... 2 1.2 Aufgabenstellung und Durchfiihrung ......................... 6 2. Kinematik eines Gelenkarmroboters ........................ 9 2.1 Die Hin-Transformation ................................. 11 2.1.1 Mathematische Grundlagen ........................... 11 2.1.2 Anwendung auf einen Gelenkarmroboter .................. 19 2.2 Die Riick-Transformation ................................ 24 2.2.1 Berechnung der Hauptachsenwinkel ..................... 26 2.2.2 Berechnung der Handachsenwinkel ...................... 28 2.3 Singularitaten und Mehrdeutigkeiten ......................... 29 2.4 Berechnung der Sollgeschwindigkeiten und -beschleunigungen ........ 31 2.5 Iterative Riick-Transformation mit Suchverfahren ................ 33 3. Dynamik eines Gelenkarmroboters ......................... 38 3.1 Modellbildung .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 40 . . . . . . . 3.2 Herleitung der Bewegungsdifferentialgleichungen ................. 43 3.2.1 Die Lagrangeschen Gleichungen ........................ 44 3.2.2 Ausfiihrung der Berechnungen ......................... 50 3.3 Quantitative Auswertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 54 . . . . . .

Inhalt

Übersicht.- 1. Einführung.- 1.1 Stand der Technik.- 1.2 Aufgabenstellung und Durchführung.- 2. Kinematik eines Gelenkarmroboters.- 2.1 Die Hin-Transformation.- 2.2 Die Rück-Transformation.- 2.3 Singularitäten und Mehrdeutigkeiten.- 2.4 Berechnung der Sollgeschwindigkeiten und -beschleunigungen.- 2.5 Iterative Rück-Transformation mit Suchverfahren.- 3. Dynamik eines Gelenkarmroboters.- 3.1 Modellbildung.- 3.2 Herleitung der Bewegungsdifferentialgleichungen.- 3.3 Quantitative Auswertung.- 4. Regelung auf Gelenkebene.- 4.1 Vorsteuerung der Gelenkregelkreise.- 4.2 Drehzahlerfassung über digitales Filter.- 4.3 Entkoppelung der Gelenkregelkreise.- 4.4 Meßergebnisse der Gelenkregelung.- 5. Aktive Schwingungsdämpfung mit Beschleunigungsrückführung.- 5.1 Übertragungsfunktion.- 5.2 Koordinatentransformation und Entkopplung der Beschleunigungssignale..- 5.3 Meßergebnisse.- 6. Führungsgrößenerzeugung.- 6.1 Berechnung.- 6.2 Meßergebnisse.- 7. Bahnvorgabe.- 7.1 Punkt-zu-Punkt-Bewegungen.- 7.2 Bewegung auf räumlichen Polygonzügen.- 7.3 Bewegung auf beliebigen räumlichen Bahnen.- 8. Modulares Multiprozessorsystem mit Signal Prozessoren.- 8.1 Doppelprozessorkarte.- 8.2 Rechnerkopplung.- 8.3 Ausführungszeiten und Zahlendarstellung.- 8.4 Fließkomma-Arithmetik.- 8.5 Sensor-Schnittstellen.- 8.6 Programmentwicklung und Betriebssoftware.- 9. Echtzeitsimulation eines Roboters mit graphischer Ausgabe.- 9.1 Geräte-Beschreibung und Bedienung III.- 9.2 3D-Graphik.- 9.3 Echtzeitsimulation der Dynamik.- 9.4 Ergebnisse.- 10. Zusammenfassung und Ausblick.