Technische Assistenzsysteme (eBook)

Inhalt 7
1 Einführung 11
2 Anwendungen und Abgrenzung von Assistenzsystemen 17
2.1 Abgrenzung 17
2.2 Kognitive Assistenzsysteme 19
3 Mensch-Maschine-Systeme 23
3.1 Bestandteile vonMensch-Maschine-Systemen 23
3.2 Ergonomische Gestaltung 29
3.3 Anthropometrie und Körpermaße 35
3.4 Funktionsräume 40
3.5 Mensch-Modelle 44
3.6 Berücksichtigung des visuellen Systems bei der ergonomischen Gestaltung 54
3.7 Berücksichtigung der nichtvisuellen Sensorik des Menschen 58
3.7.1 Auditive Sinneswahrnehmung 58
3.7.2 Haptische oder taktile Informationen 65
3.7.3 Vestibuläre und kinästhetische Informationen 69
3.8 Interaktionsmodelle für Mensch-Maschine-Schnittstellen 71
3.8.1 Faktor Mensch 72
3.8.2 Vergleich der Vor- und Nachteile der Arbeit von Mensch und Maschine 76
3.8.3 Informationsverarbeitung durch den Menschen 78
3.8.4 Drei-Ebenen-Modell des menschlichen Verhaltens 82
3.8.5 Drei-Ebenen-Modell für das Führen eines Kraftfahrzeugs 84
3.9 Fahrerassistenz und Verkehrssicherheit 87
3.9.1 Bedienen und Beobachten im Kraftfahrzeug 89
3.9.2 Beispiel: Fahrstreifenwechselassistent 90
3.9.3 Beispiele: Spurverlassenswarnsystem und Spurhalteassistent 92
3.10 Gestaltungsregeln von Mensch-Maschine-Schnittstellen 96
3.11 Möglichkeiten der Kommunikation und Interaktion Mensch–Maschine 101
3.11.1 LC-Display 102
3.11.2 Dimensionalität der Stellbewegung 104
3.11.3 Fortgeschrittene Mensch-Computer-Schnittstellen 107
3.11.4 Aufbau und Funktion von Touchscreen-Displays 108
3.11.5 Touchscreen mit haptischer Rückmeldung 110
3.11.6 Multi-Touch-Systeme 111
3.11.7 Touchscreen mit optischer Erkennung 111
4 Robotersysteme 115
4.1 Service- und Assistenzroboter 115
4.1.1 Produktionsassistenzroboter 128
4.1.2 Manipulatoren und Telemanipulatoren 139
4.1.3 Anwendungen von Assistenzrobotern in der Medizin 141
4.2 Anforderungen an Roboterassistenzsysteme 146
4.3 Grundaufbau der Industrieroboter 149
4.3.1 Industrieroboterzelle 152
4.3.2 Robotergelenke 155
4.3.3 Roboter-Bauformen 158
4.4 Kenngrößen von Industrierobotern 162
4.4.1 Der Tool Center Point (TCP) 162
4.4.2 Positionier- und Wiederholgenauigkeit 163
4.4.3 Robotervermessung 167
4.5 Mathematische Beschreibung der Kinematik von Robotern 170
4.5.1 Maschinen- oder Gelenkkoordinaten 170
4.5.2 Kartesisches Koordinatensystem 171
4.5.3 Beschreibung der Lage eines Koordinatensystems 178
4.5.4 Raumkoordinaten 185
4.5.5 Orientierungswinkel 185
4.5.6 Rotationen nach Euler 186
4.6 Roboter-Kinematik 190
4.6.1 Hebelverbindungen 192
4.6.2 Festlegung für das Anbringen von Koordinatensystemen an Hebel 193
4.6.3 Beispiele für Transformationstabellen für 6- und 7-Achs-Roboter 197
4.6.4 Ableitung von Hebeltransformationen 203
4.7 Inverse Transformationen 211
4.7.1 Lösbarkeit der inversen Kinematik 212
4.7.2 Mehrdeutigkeiten 218
4.7.3 Planarer Zwei-Gelenk-Roboter 220
4.7.4 Inverse Koordinatentransformation eines 6-Achs-Roboters 225
4.7.5 Inverse Transformation mit Näherungsverfahren 233
4.8 Robotersteuerung 240
4.8.1 Messsysteme für die Gelenkwinkel 241
4.8.2 Regelung der Roboterachsen 243
4.8.3 Steuerungsarten 252
4.8.4 Programmierverfahren 261
4.8.5 Basiskoordinatensysteme 263
4.8.6 Roboter-Programmiersprache: Beispiel V+ 268
4.8.7 Virtuelle Planungssysteme: Beispiel FAMOS Robotic 277
4.9 Robotersteuerung mit Hilfe von Sensoren 282
4.9.1 Robot-Vision-Systeme 283
4.9.2 Beispiel: Teileerkennung vom Band 289
4.9.3 Beispiel: Kameraunterstützte Demontage 290
4.9.4 Fügehilfen und Kraft-Momenten-Regelungen 294
4.10 Mobilität von Robotern 296
4.10.1 Freiheitsgrade mobiler Systeme 296
4.10.2 Positionsermittlung mobiler Systeme 297
4.10.3 Omni-Wheel und Mecanum-Rad 302
4.10.4 Simulationsmodell einer Roboterplattform 305
4.10.5 Simulation der Fahrzeugbewegung 308
4.10.6 Navigation ortsflexibler Roboter 312
4.10.7 Laufende Roboter 317
5 Computer-Vision-Systeme 327
5.1 Kameras für die Bildverarbeitung 328
5.2 Bildauflösung 331
5.3 Abbildungen über ein Lochkamera-Modell 334
5.4 Histogramme, Binärbilder, Blobs 338
5.5 Kantendetektion 340
5.6 Dreidimensionale Objekterkennung 344
5.6.1 Triangulation 345
5.6.2 Laserscanner 348
5.6.3 3D-Triangulation bei Standard-Stereogeometrie 349
5.6.4 Epipolargeometrie 351
5.6.5 3D-Mesung mit Punktematrix 352
5.6.6 Homogene Koordinaten 353
5.6.7 Transformationsmatrizen 356
5.6.8 Transformation von Punkten in Weltkoordinaten 357
5.6.9 Transformation von Punkten in Kamerakoordinaten 360
6 Lösung der Kontrollaufgaben 363
Literaturverzeichnis 373
Stichwortverzeichnis 379