Grundlagen der Automatisierungstechnik und Robotik

Grundlagen der Mechanik und Automatisierung

Mechanismus: Ein Gerät zur Übertragung oder Umwandlung einer Bewegung (z. B. Schalthebel, Riemenscheiben).

Automatisierung: Ein System, das, sobald es in Gang gesetzt wird, eine oder mehrere Aufgaben ohne Hilfe von außen erledigt (z. B. Ampeln, Bewegungsmelder). Ein Operator plant die Aufgabe im Voraus.

Roboter: Eine Gruppe von Automatisierungskomponenten, die eine Maschine bilden. Das bedeutet, dass sie Aufgaben ohne Hilfe von außen erfüllen und zudem neu programmiert werden können.

Leitsysteme und Steuerungselemente

Ein Leitsystem ist ein Gerät oder eine Reihe von Vorrichtungen zur Regelung einer Größe oder zum Abschluss eines Prozesses ohne das Eingreifen der menschlichen Hand.

Elemente einer Steuerung

• Sensoren: Sie erkennen den Zustand der Umwelt und generieren entsprechende Eingangssignale.
• Steuerung: Verarbeitet die von den Sensoren empfangenen Eingangssignalwerte und entscheidet über die zu befolgende Aktion. Dafür wird ein Ausgangssignal erzeugt (z. B. durch elektronische Schaltungen, elektrische Systeme oder Personal Computer).
• Antrieb (Aktor): Empfängt das Ausgangssignal und führt die Aktionen der Steuereinheit zur Änderung des Systemzustands aus (z. B. LED-Lampen, Motoren, Summer).

Arten von Steuerungssystemen

• Open Loop (Offener Regelkreis): Das Ausgangssignal beeinflusst den Eingang nicht (z. B. Toaster, DVD-Aufnahme).
• Closed Loop (Geschlossener Regelkreis): Mit Feedback; das Ausgangssignal beeinflusst die Aktion der Steuerung (z. B. Thermostat, Sensoren zur Füllstandsmessung).

Eingabe- und Ausgabegeräte

Eingabegeräte (Sensoren): Unter anderem Schalter, Potentiometer, Thermostate, Optokoppler, RTDs (Widerstandsthermometer), CNY70-Präsenzsensoren und Lichtsensoren.

Ausgabegeräte (Aktoren): LED-Lampen, Summer, Motoren, Zylinder, Magnetventile, Pneumatik und Relais.

Architektur eines Roboters

Ein Roboter ist ein automatisches System, das so programmiert ist, dass es verschiedene Aufgaben durchführen kann.

Komponenten der Roboterarchitektur

• Sensoren: Erhalten Informationen über die Umwelt und leiten sie an die Steuerung weiter (z. B. Kameras, Detektoren).
• Kontrollsystem: Übernimmt die Kontrolle der Aktionen des Roboters.
• Mechanisches System: Verschiebt die einzelnen Teile des Roboters als Funktion der Steuerungsbefehle.
• Links und Gelenke: Bestehend aus starren Teilen (Links) und deren Verbindungen (Gelenke).
• Aktoren: Zuständig für die Bewegung.
• Werkzeug: Der Teil des Roboters, der die eigentliche Arbeit schließlich ausführt.