Handsteuersystem für die Bewegungsführung

Die vorUegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatlgkeit als wissensehaftlieher Angestellter am Instltut fur Datenverarbeitung in der Teehnik des Kernforsehungszentrums Karlsruhe. Meinen Referenten Herrn Prof. Dr. -Ing. Wittenburg und Herrn Prof. Dr. -Ing. Trauboth mOehte ieh fur ihre Bereitsehaft. diese Arbeit zu betreuen und fUr die sorgfaltlge Durehsieht der Jahrliehen Arbeitsberiehte herzlieh danken. Besonderen Dank mOchte ich meinem Doktorvater Herrn PD Dr. -Ing. habn. M. Lawo aussprechen. Er hat entscheidend die Formulierung des Themas mitgepnigt sowie die Einrichtung der Promotionsstelle am Institut fur Datenverarbeitung in der Technik im Kemforschungszentrum Karlsruhe vorangetrieben. Durch sein standiges Interesse und die regelmaJ3ige Priifung des Arbeitsfortschrittes sorgte er fUr das erfolgreiche und schnelle Gelingen dieser Arbeit. Namentlich danke ich Herrn Dr. Haffner fur seine stetlge Auskunftsbereitschaft besonders in Hinblick auf steuerungstechnische Belange der AEG-Robotersteuerung. Herr Droll sorgte fur die rechtzeitige Bereitstellung eines funktlonstuchtigen Kraft-Momenten-Sensors inklusive Kalibriermatrix. Herr GObeIl und Herr U unterstutzten mich bei der Umsetzung der Master-Steuerprogramme in realzeittiichtige Pascal programme. Der mechanischen Werkstatt des handhabungstechnischen Labors mit ihrem Meister Herrn Ritter danke ich fUr die Fertigung und Montage des Handsteuergerates sowie Herro Dillmann fUr seine unkompljzierte und schnelle Hnfe bei Beschaffungen. Fur die vielen Gesprache und die daraus resultierenden Anregungen mit meinen Kollegen aus den Abteilungen Industrielle Handhabungs systeme/Dr. Lawo und Steuerungssysteme und Kommunikation/ Dr. Holler bedanke ich mich ebenfalls recht herzlich.

1. Einleitung. - 2. Motivation. - 2. 1 Betrachtungen zur Universalität. - 2. 2 Zielsetzung und Aufgabenstellung. - 2. 3 Betriebsarten und potentielle Anwendungen. - 3. Master-Slave-Betrieb (MSB) mit Servomanipulatoren. - 3. 1 Elektrische MS-Servomanipulatoren. - 3. 2 Rechnergestützter MS-Betrieb. - 3. 3 Verbesserungen der Bewegbarkeit des Masters. - 4. Bedienergeführter Betrieb von Industrierobotern. - 4. 1 Methoden der Teach-In-Programmierung. - 4. 2 Methoden der Playback-Programmierung. - 5. Mehrachsige Handsteuergeräte. - 5. 1 Passive Geräte. - 5. 2 Geräte mit Kraftreflexion. - 6. Untersuchungen zum universellen Master-Slave-Betrieb. - 6. 1 Kinematik und Arbeitsraum. - 6. 2 Kinematische Simulationen. - 6. 3 Aspekte zum Master-Slave (MS)-Steuerungssystem. - 6. 4 Das Steuerprinzip des universellen MSB. - 6. 5 Kraftrückkopplung. - 6. 6 Dynamik. - 7. Spezifikation des universellen Handsteuergerätes. - 7. 1 Ergonomie. - 7. 2 Kinematik. - 7. 3 Kraftrückkopplung. - 7. 4 Steuerung. - 7. 5 Schnittstellen. - 8. Konzept und Realisierung des Handsteuergerätes. - 8. 1 Mechanik und Kinematik. - 8. 2 Kraftreflexions-Einrichtung. - 8. 3 Steuerung. - 9. Verifikation des Handsteuergerätes. - 9. 1 Freie Bedienerführung eines Industrieroboters. - 9. 2 Teachen eines Automatikprogrammes. - 9. 3 Bedienerführung eines IR s mit Kraftreflexion. - 10. Ausblick und Entwicklungsmöglichkeiten. - 11. Zusammenfassung. - Literatur. - A Kraft- und Geschwindigkeits-Transformationen. - Al Definition von Position und absoluter Orientierung eines Körpers und das Zusammenfassen dieser Größen zu einem Frame. - A2 Herleitung des Winkelgeschwindigkeit-Vektors ? und der dazugehörigen Winkelgeschwindigkeits-Matrix S eines rotierenden Frames. - A3 Kardanwinkeldefinition Z-Y-X und die Herleitung ihrer Rotationsmatrix. - A4 Umrechnung des äquivalentenWinkelgeschwindigkeit-Vektors ? auf eine Darstellung in einem mitbewegten Koordinatensystem nach der Kardandefinition Z-Y-X. - A5 Kartesische Transformation von statischen Kräften. - A6 Direkte und inverse kinematische Rechnungen an Robotern. - A6. 1 Vorwärtstransformation eines 6-achsigen Roboters mit rotatorischen Gelenken. - A6. 2 Vorwärtstransformation für den KUKA-Knickarm-IR 160/45. - A6. 3 Rückwärtstransformation für den NOELL-Schräggelenkmanipulator SRG 750. - B Kurzbeschreibung der im Master-PC verwendeten Funktionskarten.