Informationsverarbeitung in Der Robotik

ISBN-13: 9783540530367 / Niemiecki / Miękka / 1990 / 337 str.

Ra1/4diger Dillmann; Martin Huck

Opis

In die Robotik fliessen Beitrage zahlreicher Wissensgebiete aus Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik ein. In diesem Buch steht die Informationsverarbeitung im Vordergrund: Roboter in einer realen Umwelt sollen gestellte Aufgaben selbstandig und korrekt ausfuhren sowie angemessen auf unvorhergesehene Ereignisse reagieren; dazu ist die Modellierung der realen Einsatzumgebung und eines intelligenten Systemverhaltens sowie kognitive und motorische Fahigkeiten erforderlich. Methoden der Kunstlichen Intelligenz werden eingesetzt, um Signale - uber Sensoren aus der physikalischen Umwelt gewonnen - zu verarbeiten bzw. zu interpretieren und somit Wirkzusammenhange zwischen Aktion und Reaktion herzustellen. Das Buch stellt aus Sicht der Informationsverarbeitung Modelle, Steuerungs- und Sensorkonzepte sowie Programmierverfahren vor und weist auf Anwendungsmoglichkeiten und zukunftige Entwicklungen hin. Es wendet sich daher nicht nur an Studenten wahrend der Ausbildung, sondern auch an den Praktiker, der sich mit den neuen Entwicklungen vertraut machen will."

Spis treści

1. Einleitung.- 1.1 Beiträge der Informatik zur Robotik.- 1.2 Zukünftige Roboterentwicklung.- 1.3 Einsatz von Robotern in der industriellen Fertigung.- 1.3.1 Roboteranwendung in der Automobilindustrie.- 1.4 Anwendungen von Robotern im Weltraum.- 1.4.1 Struktur der Roboter im Weltraum.- 1.5 Aufbau des Textbuches.- 2. Architektur und Informationsfluß eines Robotersystems.- 2.1 Komponenten eines Robotersystems.- 2.1.1 Mechanische Struktur.- 2.1.2 Roboterkinematik.- 2.1.3 Achsregelung und Antriebe.- 2.1.4 Greifersysteme.- 2.1.5 Sensorik.- 2.1.6 Robotersteuerung.- 2.1.7 Roboterprogrammierung.- 2.1.8 Rechner und Rechnernetze.- 2.2 Informationsverarbeitung in der Robotik.- 2.3 Entwicklung in der Robotik durch die Informationsverarbeitung.- 3. Modellbildung als Basis der Informationsverarbeitung.- 3.1 Unweltmodellierung.- 3.2 Informationsanalyse für das Modell der Roboterzelle.- 3.2.1 Reale Objekte der Roboterzelle.- 3.2.2 Struktur der Roboterzelle.- 3.2.3 Prozeßinformation in einer Roboterzelle.- 3.3 Geometrische Modellierung.- 3.3.1 Anforderungen der Robotik an CAD-Systeme.- 3.3.2 Modelliertechniken.- 3.3.3 Geometriemodelle und Datenstrukturen.- 3.4 Kinematische Modellierung.- 3.4.1 Modell der Roboterkinematik.- 3.4.2 Modell der Effektorkinematik.- 3.4.3 Kinematik der Roboterperipherie.- 3.5 Technologische Modellierung.- 3.6 Semantische Modellierung der Roboterzelle.- 3.6.1 Entity-Relationship-Modell zur semantischen Datenmodellierung.- 3.6.2 Einzelsichten der Roboterzelle.- 3.6.3 Konsolidierung der Sichten zu dem semantischen Weltmodell.- 3.6.4 Der logische Entwurf des Weltmodells.- 3.7 Modellierung von Roboter und Greifer.- 3.7.1 Kinematische Modellierung des Roboters.- 3.7.2 Geometriemodell des Roboters.- 3.7.3 Vollständiges Robotermodell.- 3.7.4 Modellierung eines Dreifinger-Greifers.- 3.8 Funktionale Modellierung.- 3.8.1 Roboteremulation.- 3.8.1.1 Koordinatentransformation.- 3.8.1.2 Bahnplanung.- 3.8.1.3 Diskussion des Roboteremulators.- 3.8.2 Emulation der Effektorsteuerung.- 3.8.3 Emulation der Sensorik.- 3.8.4 Emulation der Peripherie.- 4. Offline-Programmierung auf der Basis des Weltmodells.- 4.1 Einsatz graphischer Robotersimulationssysteme.- 4.1.1 Zellentwurf mit Robotersimulations Systemen.- 4.1.2 Robotersimulationssysteme als Programmierwerkzeug.- 4.1.3 Anwendungsbereiche und Nutzen von Robotersimulationssystemen.- 4.1.4 Struktur von Robotersimulationssystemen.- 4.2 Computergraphik für die Robotik.- 4.2.1 Struktur und Funktionalität von Graphiksystemen.- 4.2.1.1 Graphische Eingabegeräte.- 4.2.1.2 Algorithmen und Darstellungsverfahren.- 4.2.1.3 Programmierung von Graphiksystemen.- 4.2.2 Einsatz der Graphik in der Robotik.- 4.2.2.1 Graphische Modellierung.- 4.2.2.2 Graphische Darstellung.- 4.2.2.3 Graphische Ein-/Ausgabe.- 4.2.3 Ausnutzung der graphischen Simulation für die Robotik.- 4.2.3.1 Optische Kollisionskontrolle.- 4.2.3.2 Bewertung von Bewegungspunkten und Bewegungsbahnen.- 4.2.3.3 Untersuchung von Greifvorgängen und Manipulationen.- 4.2.3.4 Untersuchung des globalen Programmablaufs.- 4.3 Programmierung mit graphischen Simulationssystemen.- 4.3.1 Programmierung mit Robotersprachen.- 4.3.2 Programmierung mit Systemsprachen.- 4.3.3 CAD-orientierte Bewegungsprogrammierung.- 4.3.4 Graphische Roboterprogrammierung.- 4.3.4.1 Graphisches Teachen.- 4.3.4.2 Spezifikation von Bewegungszeilen und Greifoperationen.- 4.3.4.3 Graphische Symbole zur Handhabung von Parametern und Zuständen.- 4.3.4.4 Beispiel zur graphischen Programmierung.- 4.4 Simulation von Roboterprogrammen.- 4.4.1 Ausführung von Roboterprogrammen.- 4.4.2 Evaluation und Test von Roboterprogrammen.- 4.4.2.1 Analytische Kollisionserkennung.- 4.4.2.2 Zustandsgrößenberechnung und analytische Fehleranalyse.- 4.4.3 Protokollierung von Roboterprogrammen.- 4.5 Graphische Robotersimulationssysteme und ihre Bewertung.- 4.5.1 Bewertung graphischer Robotersimulationssysteme.- 5. Sensoren und Sensordatenverarbeitung.- 5.1 Die wichtigsten Sensoren und ihre Klassifikation.- 5.1.1 Lage-, Geschwindigkeits-und Beschleunigungssensoren.- 5.1.2 Optische Sensoren.- 5.1.2.1 Aufbau eines optischen Erkennungssystems.- 5.1.2.2 Sichtsysteme mit Grauwertverarbeitung.- 5.1.2.3 Laser — Scanner zur Abstandsmessung.- 5.1.3 Kraft-und Momentensensoren.- 5.1.4 Kombiniertes Effektor-Sensor-System zur Durchführung von Fügeoperationen.- 5.1.5 Taktile Sensorfelder.- 5.1.6 Näherungssensoren.- 5.1.7 Sicherheitssensoren.- 5.1.8 Ausblick.- 5.2 Geometrische Repräsentation des Weltmodells für die Sensorverarbeitung.- 5.2.1 Oberflächendarstellung von geometrischen Objekten.- 5.2.2 Verallgemeinerte Zylinder.- 5.2.3 Volumenorientierte Darstellung.- 5.3 Wissensbasierte Systeme in der Sensorik.- 5.3.1 Spezifikationsmechanismen für Multisensorsysteme.- 5.3.1.1 Logische Sensorspezifikation.- 5.3.2 Repräsentationsmöglichkeiten für das Umweltmodell.- 5.3.3 Wissensrepräsentationsmechanismen.- 6. Hierarchische Modellierung von Robotersteuerungsarchitekturen.- 6.1 Grundprinzipien hierarchischer Roboterarchitekturen.- 6.2 Funktionale Systemarchitektur.- 6.2.1 Prinzip der Taskzerlegung.- 6.2.2 Referenzierung von Weltmodellen zur Unterstützung von Planung und Exekutive.- 6.2.3 Sensorverarbeitung.- 6.3 Struktur und Aufgabe des H-Moduls.- 6.3.1 Generierung von Plänen.- 6.4 Aufgabe des G-Moduls; die Sensorverarbeitungshierarchie.- 6.5 Die Informationshierarchie.- 6.5.1 Schnittstellen.- 7. Architektur autonomer Robotersysteme.- 7.1 Merkmale autonomer Systeme.- 7.2 Aufgaben intelligenter Robotersystemarchitekturen.- 7.2.1 Erfassung der Umwelt.- 7.2.2 Speicherung von Wissen.- 7.2.3 Plannung und Planerkennung.- 7.2.4 Ausführung von Plänen.- 7.2.5 Behandlung von Ausnahmesituationen.- 7.2.6 Wissenserweiterung durch Lernen.- 7.3 Steuerungsarchitekturen für autonome Systeme.- 7.3.1 Hierarchische funktionsonentierte Architekturen.- 7.3.2 Verteilte funktionsonentierte Architekturen.- 7.3.3 Hierarchische verhaltensorientierte Architekturen.- 7.3.4 Verteilte verhaltensorientierte Architekturen.- 7.4 Ausblick.- 8. Planungssysteme.- 8.1 Einleitung.- 8.2 Historie von Planungssystemen in der KI.- 8.3 Spezielle Planungsmethoden und-probleme.- 8.3.1 Planungsmethoden.- 8.3.2 Spezielle Planungsprobleme.- 8.4 Planungssysteme in der Robotik.- 8.5 Spezielle Probleme in der Robotik.- Anhang A.- Anhang B.- Anhang C.- Anhang D.- Anhang E.- Stichwortverzeichnis.