Halbleiter & Künstliche Intelligenz
Synchronisation von Mensch und Maschine
           

 

 

M E N S C H M A S C H I N E

 

 

 

 

 

B L O G

   

M E N S C H M A S C H I N E

   

K O N T A K T

   

H I N T E R G R U N D

            

 

   

R O B O T   T E I L   2

   

   

 

 

  

M A C H I N E

 

 

 

 

 

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Das Themengebiet der Robotik, das auch unter der Bezeichnung Robotertechnik geläufig ist, befasst sich mit dem Versuch, das Konzept der Interaktion mit der physischen Welt auf Prinzipien der Informationstechnik sowie auf eine technisch machbare Kinetik zu reduzieren. Der Begriff des „Roboters“ beschreibt eine Entität, die diese beiden Konzepte in sich vereint, indem sie die Interaktion mit der physischen Welt auf Basis von Sensoren, Aktoren und Informationsverarbeitung umsetzt. Kernbereich der Robotik ist die Entwicklung und Steuerung solcher Roboter. Sie umfasst Teilgebiete der Informatik (insbesondere der Künstlichen Intelligenz), der Elektrotechnik und des Maschinenbaus. Ziel der Robotik ist es, durch Programmierung ein gesteuertes Zusammenarbeiten der Roboter-Elektronik und Roboter-Mechanik herzustellen. ↓  Den Begriff der Robotik erfand und prägte der Science-Fiction Autor Isaac Asimov. Erstmals erwähnt wurde die Robotik in Asimovs Kurzgeschichte Runaround (dt. Herumtreiber) im März 1942 im Astounding-Magazin. Nach Asimovs Definition ist die Robotik das Studium der Roboter.

 

 

 

R O B O T E R


Ein Roboter ist eine technische Apparatur, die dazu dient, dem Menschen die Arbeit abzunehmen. Roboter können sowohl stationäre als auch mobile Maschinen sein und werden von Computerprogrammen gesteuert. Die Bedeutung hat sich allerdings im Laufe der Zeit gewandelt.
 

 


W O R T - H E R K U N F T

 
Der Ursprung des Wortes Roboter liegt im slawischen bzw. tschechischen Wort robota, das mit ‚Arbeit‘, ‚Frondienst‘ oder ‚Zwangsarbeit‘ übersetzt werden kann. Die Bezeichnung robot wurde 1920 von Josef Čapek, einem bedeutenden Künstler geprägt, dessen Bruder Karel Čapek ursprünglich den Namen labori verwendet hatte, als er 1921 in seinem Theaterstück R.U.R. in Tanks gezüchtete menschenähnliche künstliche Arbeiter auftreten ließ, die dafür geschaffen worden sind, menschliche Arbeit zu übernehmen, und dagegen revoltieren. Mit seinem Werk griff Čapek das klassische, ebenfalls in der Prager Literatur der jüdischen Mystik verbreitete Motiv des Golems auf. Heute würde man Čapeks Kunstgeschöpfe als Androiden bezeichnen. Vor der Prägung des Wortes Roboter wurden solche Automaten oder Halbautomaten genannt.
 

 


D E F I N I T I O N E N

 
Während der Entwicklung von Handhabungsgeräten, die immer komplizierter wurden, kamen Entwickler auf die Idee, sie „Roboter“ zu nennen. Spätestens ab diesem Zeitpunkt wurde das Wort „Roboter“, welches ursprünglich nur für humanoide Roboter verwendet wurde, fast beliebig für verschiedene Geräte benutzt. Entsprechend unterschiedlich ist die Definition eines Roboters von Land zu Land. So kommt es, dass 1983 von Japan 47.000 dort installierte Roboter gemeldet wurden, von denen nach VDI-Richtlinie 2860 nicht einmal 3.000 als Roboter gegolten hätten.
 

 


D E F I N I T I O N   -   V D I - R I C H T L I N I E   2 8 6 0

 
„Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei (d. h. ohne mechanischen Eingriff) programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.“
 

 


D E F I N I T I O N   -   R O B O T I C   I N D U S T R I E S   A S S C O C I A T I O N

 
„A robot is a reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move material, parts, tools or specialized devices through variable programmed motions for the performance of a variety of tasks“ „Ein Roboter ist ein programmierbares Mehrzweck-Handhabungsgerät für das Bewegen von Material, Werkstücken, Werkzeugen oder Spezialgeräten. Der frei programmierbare Bewegungsablauf macht ihn für verschiedenste Aufgaben einsetzbar.“
 

 


D E F I N I T I O N   -   J A P A N   R O B O T   A S S C O C I A T I O N   ( J A R A )

 
Die Japan Robot Association gibt die folgenden Merkmale vor: Manual Manipulator: Handhabungsgerät, das kein Programm hat, sondern direkt vom Bediener geführt wird- Fixed Sequence Robot: Handhabungsgerät, das wiederholt nach einem konstanten Bewegungsmuster arbeitet. Das Ändern des Bewegungsmusters ist relativ aufwendig- Variable Sequence Robot: Handhabungsgerät, wie vorher beschrieben, jedoch mit der Möglichkeit, den Bewegungsablauf schnell und problemlos zu ändern- Playback Robot: Der Bewegungsablauf wird diesem Gerät einmal durch den Bediener vorgeführt und dabei im Programmspeicher gespeichert. Mit der im Speicher enthaltenen Information kann der Bewegungsablauf beliebig wiederholt werden- Numerical Control Robot: Dieses Handhabungsgerät arbeitet ähnlich wie eine NC-gesteuerte Maschine. Die Information über den Bewegungsablauf wird dem Gerät über Taster, Schalter oder Datenträger zahlenmäßig eingegeben- Intelligent Robot: Diese höchste Roboterklasse ist für Geräte gedacht, die über verschiedene Sensoren verfügen und damit in der Lage sind, den Programmablauf selbsttätig den Veränderungen des Werkstücks und der Umwelt anzupassen-

 

 

 

T E C H N I S C H E   G R U N D L A G E N

 
Technisch realisiert werden Roboter hauptsächlich im Zusammenspiel der Disziplinen Mechanik, Elektrotechnik und Informatik. Inzwischen hat sich aus der Verbindung dieser drei Disziplinen die Mechatronik entwickelt. Um autonome Systeme zu entwickeln, die eine gewisse Eigenständigkeit, beispielsweise beim Pathfinding aufweisen, werden immer mehr wissenschaftliche Disziplinen in die Robotik eingebunden. Hier liegt ein Schwerpunkt bei der Verbindung von Konzepten der Künstlichen Intelligenz oder der Neuroinformatik und ihrer biologischen Vorbilder Biologische Kybernetik. Aus der Verbindung von Biologie und Technik entstand wiederum die Bionik. Wichtigste Bestandteile eines Roboters sind die Sensoren, zur Erfassung der Umwelt und der Achspositionen, die Aktoren, zum Agieren innerhalb der erfassten Umgebung, die Robotersteuerung und das mechanische Gestell inklusive der Getriebe des Roboters. Ein Roboter muss nicht unbedingt vollständig autonom handeln können, darum unterscheidet man autonome und ferngesteuerte Roboter.
 

 


R O B O T E R K I N E M A T I K E N

 
Der mechanische Aufbau eines Roboters wird mit Hilfe der Kinematik beschrieben. Dabei sind folgende Kriterien von Bedeutung: Bewegungsform der Achsen- Anzahl und Anordnung der Achsen- Formen des Arbeitsraumes (kartesisch, zylindrisch, kugelig)- Außerdem wird unterschieden in offene Kinematiken und geschlossene Kinematiken. Eine offene Kinematik ist dadurch gekennzeichnet, dass alle Achsen der kinematischen Kette hintereinander liegen, so wie an einem menschlichen Arm. Es ist also nicht jedes Glied der Kette mit zwei anderen Gliedern verbunden. In einer geschlossenen Kinematik hingegen ist jedes Glied mit mindestens zwei anderen Gliedern verbunden (Beispiel: Hexapodroboter). Die Begriffe Vorwärtskinematik und Inverse Kinematik (auch Rückwärtskinematik) bezeichnen die mathematische Modellierung der Bewegung von Robotersystemen. In der Vorwärtskinematik werden für jedes Gelenk der kinematischen Kette Einstellparameter vorgegeben (je nach Gelenktyp Winkel oder Strecken) und die daraus resultierende Position und Orientierung des Endeffektors im Raum wird berechnet. Bei der Rückwärtskinematik werden dagegen Position und Orientierung des Endeffektors vorgegeben und die erforderlichen Einstellparameter der Gelenke werden berechnet (Vorwärts- und Rückwärtstransformation).
 

 


B E W E G U N G S F O R M   -   A N Z A H L   &   A N O R D N U N G   D E R   A C H S E N

 
Hier wird zwischen translatorischen und rotatorischen Achsen unterschieden. Zur Beschreibung von Robotern wird sowohl die Anzahl als auch Anordnung der Achsen herangezogen. Hierbei sind die Reihenfolge und die Lage der Achsen zu berücksichtigen. Diese können im Falle einer seriellen (offenen) Kinematik wie mit der so genannten Denavit-Hartenberg-Transformation beschrieben werden.
 

 


F O R M E N   D E S   A R B E I T S R A U M E S

 
Obige Kriterien in Verbindung mit den Abständen der Achsen zueinander oder deren „Verfahrwege“ ergeben die Form und Größe des Arbeitsraumes eines Roboters. Gebräuchliche Arbeitsräume sind: Kubus, Zylinder, Kugel oder Quader.

 

 

[Quelle: Wikipedia]

 

 

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