Informationsverarbeitung in der Robotik

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.