Robotik: Programmierung intelligenter Roboter

Hans-Jürgen Siegert studierte bis zu seiner Promotion Physik an der Technischen Universität Stuttgart. Ab 1967 war er bei AEG-Telefunken und Computergesellschaft Konstanz zunächst als Systemberater, später als Abteilungsleiter tätig und zeichnete für die Entwicklung der Grund-und Anwendungssoftware der Großrechner sowie für die Entwicklungsrechenzentren verantwortlich. Seit 1975 ist Hans-Jürgen Siegert Professor für Informatik an der Technischen Universität München.

Das Buch behandelt die heutige roboterorientierte Programmierung mit Roboterprogrammiersprachen und stellt wichtige Konzepte der zukünftigen aufgabenorientierten Programmierung intelligenter Roboter dar, z.B. Umweltmodellierung, Aufgabentransformatoren, regelbasierte Programmierung und Multiagentensysteme. Die zum Verständnis notwendigen Grundlagen, beispielsweise aus Mathematik, Informatik und Künstlicher Intelligenz, werden bereitgestellt. Viele Abbildungen unterstützen die Darstellung. Alle Konzepte werden durch ausführliche Beispiele, auch Programmierbeispiele, erläutert und vertieft, die auch zur Selbstkontrolle dienen.
Das Buch ist geschrieben für Studierende der Informatik, des Maschinenbaus und der Elektrotechnik sowie für Ingenieure, die sich mit der Programmierung von Robotern beschäftigen.

Das Buch behandelt die heutige roboterorientierte Programmierung mit Roboterprogrammiersprachen und stellt wichtige Konzepte der zukünftigen aufgabenorientierten Programmierung intelligenter Roboter dar, z.B. Umweltmodellierung, Aufgabentransformatoren, regelbasierte Programmierung, Multiagentensysteme und Montagegraphen. Die notwendigen Grundlagen, im wesentlichen aus Mathematik, Informatik und Künstlicher Intelligenz, werden bereitgestellt. Alle Konzepte werden durch Abbildungen veranschaulicht und durch ausführliche Beispiele, auch Programme, erläutert und vertieft, die außerdem zur Selbstkontrolle dienen.

1. Grundlagen.- 1.1 Der Begriff Roboter.- 1.2 Systematik und Einsatzgebiete.- 1.3 Roboter und Automatisierung.- 1.4 Forschungsgebiete.- 2. Teilsysteme eines Roboters.- 2.1 Gelenke.- 2.2 Arbeitsraum und Grundkonfigurationen.- 2.3 Roboterhandgelenke.- 2.4 Freiheitsgrade und Gelenke.- 2.5 Der Roboter PUMA 560.- 2.6 Antrieb.- 2.7 Kinematikmodul.- 2.8 Gelenkregelung.- 2.9 Effektoren.- 2.10 Sensoren.- 2.11 Programmiersystem.- 3. Grundlagen Kinematik.- 3.1 Drehung der Koordinatensysteme.- 3.2 Verschiebung der Koordinatensysteme.- 3.3 Homogene 4×4-Matrizen.- 3.4 Elementare Drehungen.- 3.5 Drehung um eine beliebige Achse.- 3.6 Darstellung der Orientierung.- 4. Roboterkinematik.- 4.1 Denavit-Hartenberg-Regeln.- 4.2 Koordinatensysteme des PUMA 560.- 4.3 Vorwärtsrechnung für den PUMA 560.- 4.4 Effektorkoordinatensystem beim PUMA 560.- 4.5 Orientierung beim PUMA 560.- 4.6 Rückwärtsrechnung.- 4.7 Explizite Rückwärtsrechnung.- 4.8 Spezielle Rückwärtsrechnung für den PUMA 560.- 4.9 Problemfälle bei der Rückwärtsrechnung.- 5. Programmierung von Robotern.- 5.1 Arten der Programmierung.- 5.2 Programmierung durch Beispiele.- 5.3 Programmierung durch Training.- 5.4 Neuronale Netze.- 5.5 Roboterorientierte Programmierung.- 5.6 Aufgabenorientierte Programmierung.- 5.7 Robotersimulationssystem.- 5.8 Kartesische Echtzeit-Schnittstelle.- 6. Konzepte roboterorientierter Programmierung.- 6.1 Entstehung der Roboterprogrammiersprachen.- 6.2 Sprachelemente von Roboterprogrammiersprachen.- 6.3 Beispiel für Roboterwelt.- 6.4 Das Framekonzept.- 6.5 Datentypen, Datenobjekte.- 6.6 Ausdrücke.- 6.7 Konstruktoren und Selektoren für Kinematikobjekte.- 6.8 Bewegungsanweisungen.- 6.9 Ein einfaches Anwendungsbeispiel.- 6.10 Kommunikation.- 6.11 Unterbrechungen.- 6.12 Anweisungen für Effektorenund Sensoren.- 6.13 Strukturierung von Programmen.- 7. Beispiele roboterorientierter Programmierung.- 7.1 Anwendungsbeispiel: Werkstück in Heizzelle.- 7.2 Konzepte zur Montage des Cranfield-Pendels.- 7.3 Programm zur Montage des Cranfield-Pendels.- 8. Konzepte zur Umweltmodellierung.- 8.1 Objektorientierte Modellierung.- 8.2 Entity-Relationship-Modelle.- 8.3 Semantische Netze.- 8.4 Frame-Modelle.- 8.5 Faktenorientierte Modelle.- 8.6 Regelsysteme.- 9. Konzepte aufgabenorientierter Programmierung.- 9.1 Komponenten.- 9.2 Skripte zur Modellierung von Abläufen.- 9.3 Verhaltensmuster zur Modellierung von Abläufen.- 9.4 Regelsysteme zur Aufgabentransformation.- 9.5 Kommunikation zwischen verteilten Agenten.- 9.6 Grundstruktur eines Aufgabentransformators.- 10. Beispiele aufgabenorientierter Programmierung.- 10.1 Architektur eines mvr-Aufgabentransformators.- 10.2 Regeln des Moduls RM1.- 10.3 Ein dreistufiger, nichtreaktiver Aufgabentransformator.- 11. Planen.- 11.1 Elemente des Planens.- 11.2 Planen als Suche.- 11.3 Taxonomie des Planens.- 11.4 Anwendungsbeispiele aus der Klötzchenwelt.- 12. Montageplanung.- 12.1 Grundlagen.- 12.2 Montagewissen.- 12.3 Montagegraph.- 12.4 Montageplanung und UND/ODER-Graph.- 12.5 Anwendungsaspekte.- Literatur.- Abbildungsverzeichnis.- Register.