Handhabungs- und Montagetechnik - Cheatsheet

Grundlagen der Kinematik und Dynamik von Robotern

Definition:

Grundlagen der Bewegungs- und Kraftübertragung im Roboter. Analyse der Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kräfte.

Details:

• Direkte Kinematik: Bestimmung der Endeffektor-Position aus Gelenkwinkeln.
• Inverse Kinematik: Berechnung der Gelenkwinkel für eine gewünschte Endeffektor-Position.
• Jacobi-Matrix: Zusammenhang zwischen Gelenkgeschwindigkeiten und Endeffektor-Geschwindigkeit.
• Newton-Euler-Gleichungen: Kraft- und Momentenberechnung an jedem Gelenk.
• Lagrange-Methoden: Energieansatz für dynamische Modellierung.
• Kinematische Ketten: Reihenfolge der Gelenke und Glieder eines Roboters.
• DOF (Degrees of Freedom): Anzahl der unabhängig beweglichen Gelenke.
• Trajektorienplanung: Bestimmung optimaler Pfade bei gegebener Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Steuerung und Programmierung von Robotern

Definition:

Steuerung und Programmierung von Robotern umfasst die Entwicklung und Implementierung von Algorithmen und Software zur Steuerung der Bewegungen und Aufgaben von Robotersystemen.

Details:

• Grundlagen: Kinematik und Dynamik
• Pfadplanung: Dijkstra, A*
• Steuerungsarten: Offen und geschlossen Regelkreis
• Programmierparadigmen: Sequenzielle, ereignisgesteuerte, reaktive Programmierung
• Sprachen: Python, C++, ROS
• Simulation: Gazebo, V-Rep
• Sicherheitsaspekte: Normen, Sicherheitssteuerungen

Füge- und Verbindungstechniken

Definition:

Methoden zur sicheren und dauerhaften Verbindung von Bauteilen in der Montage.

Details:

• Mechanische Verbindung: Schrauben, Nieten, Klemmen
• Klebverbindung: Einsatz von Klebstoffen
• Schweißverbindung: Verschmelzen der Materialien
• Lötverbindung: Weich- und Hartlöten
• Thermische Verbindung: Heizelement-, Heißluft-, Ultraschallschweißen
• Modulverbindung: Steckverbindungen, Schnellverbindungssysteme

Technologien der Steuerungs- und Regelungstechnik

Definition:

Anwendung von Elektronik und Informatik zur Steuerung und Regelung von Maschinen und Prozessen.

Details:

• PID-Regler: \[ u(t) = K_p e(t) + K_i \int_0^t e(\tau) \mathrm{d}\tau + K_d \frac{\mathrm{d}e(t)}{\mathrm{d}t} \]
• Fuzzy-Logik: Verwendet unscharfe Mengen und Regeln zur Steuerung komplexer Systeme.
• PLC (Programmable Logic Controller): Industrieller Computer zur Steuerung von Prozessen (z.B. Siemens S7).
• SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung): Realisiert durch Software festgelegte Steuerungs- und Regelungsaufgaben.
• Sensorik und Aktorik: Sensoren erfassen Zustände, Aktoren setzen Steuerbefehle um.

Greifsysteme und Saugertechnologien

Definition:

Greifsysteme und Saugertechnologien sind zentrale Komponenten in der Handhabungs- und Montagetechnik, um Objekte zu greifen, zu transportieren und zu platzieren.

Details:

• Greiferarten: Mechanisch, pneumatisch, magnetisch, adhäsiv
• Saugertechnologien: Vakuumsauger für verschiedene Oberflächen und Materialien
• Berechnung der Greifkraft: \[ F = \frac{m \times g}{\text{Sicherheitsfaktor}} \]
• Parameter: Tragfähigkeit, Formstabilität, Energieverbrauch
• Anwendungsbereiche: Automobilindustrie, Elektronikmontage, Verpackung

Simulation und Optimierung von Handhabungssystemen

Definition:

Simulation und Optimierung von Handhabungssystemen - Virtuelle Modelle erstellen und analysieren zur Effizienzsteigerung und Problemvorausschau.

Details:

• Ziele der Simulation: Kostenreduktion, Zeitersparnis, Risikominderung.
• Methoden der Simulation: diskrete Ereignissimulation, kontinuierliche Simulation.
• Optimierungstechniken: lineare Programmierung, nichtlineare Programmierung, genetische Algorithmen.
• Hauptparameter: Zeit, Kosten, Zuverlässigkeit.
• Wichtige Tools: CAD-Software, FEA (Finite-Elemente-Analyse).

Statistische Prozesskontrolle (SPC)

Definition:

Statistische Methode zur Qualitätssicherung und Prozessüberwachung. Verwendet, um Produktionsprozesse durch Datenanalyse zu kontrollieren.

Details:

• Verwendet Kontrollkarten zur Überwachung von Messwerten.
• Identifiziert und reduziert Prozessvariationen.
• Shewhart-Regelkarten sind üblich: \(\bar{X}-Karte\) und \(R-Karte\).
• Formeln für obere und untere Kontrollgrenze (UCL, LCL): \[ UCL = \bar{X} + A_2 \bar{R} \] \[ LCL = \bar{X} - A_2 \bar{R} \]
• Zentrale Tendenz: Mittelwert \(\bar{X}\) und Streuung \(\bar{R}\).
• SPC hilft bei der Früherkennung von Problemen im Prozess.

Integration automatisierter Systeme in die Produktion

Definition:

Einbindung von automatisierten Systemen (Roboter, Fördertechnik, etc.) in den Produktionsprozess zur Steigerung von Effizienz und Präzision.

Details:

• Vorteile: höhere Produktivität, geringere Fehlerquote, Flexibilität
• Wichtige Technologien: Robotik, Sensorik, SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen)
• Integration erfordert: Planung, Programmierung, Testen und Optimierung
• Software-Tools: SCADA, MES
• Herausforderungen: Interoperabilität, Anpassung bestehender Systeme, Kosten