Inwieweit ist Technische Mechanik und Co wichtig für Robotik?

[Lars90]

Hallo Forum,

erstmal vorweg ich bin Informatiker und interessiere mich für den Bereich Robotik.
Als ich mich darüber erkundigte, wurde mit erzählt, dass technische Mechanik ( Statik, Kinetik, Kinematik) nicht "wirklich" benötigt würden, außer vielleicht einigen grundkenntnissen in Statik.
Mein Gespärchspartner war aber nicht speziell aus diesem Fachgebiet, also war er sich auch nicht sicher.

Daher meine Frage an euch: Inwieweit ist die Technische Mechanik wichtig für dir Robotik.

Als 2. Frage brauche ich mich als Informatiker mit der Konstruktionslehre und Regelungstechnik zu beschäftigen?

Danke

mfg
Lars

[i_make_it]

Hallo,

Regelungstechnik, auf jeden Fall. Regler werden heute fast immer in Software realisiert.
Bei CNC-Achsen und Industrierobotern hat man pro Achse in der Regel kaskadierte PID-Regler für Position, Geschwindigkeit und Strom.
übergeordnet kann dann z.B. noch Fuzzy Logic vorkommen wenn Sanftanlauf und sanftes Bremsen mit exakter Positionierung gefordert sind.

Wenn man einen kompletten Roboterarm von A bis Z entwickeln will, dann benötigt man auch Technische Mechanik.
Will man "nur" fertige Systeme programmieren, dann ist nur am Rande ein allgmeines physikalisches Verständniss und Dynamik notwendig.
Die Statik ist ja bei der mechanischen Konstruktion festgelegt worden. Hällt man sich also an die Betriebsdaten des Herstellers, braucht man das nicht.
Allerdings kann es nicht schaden eher mehr zu wissen als weniger.

[HaWe]

Hallo Forum,

erstmal vorweg ich bin Informatiker und interessiere mich für den Bereich Robotik.
Als ich mich darüber erkundigte, wurde mit erzählt, dass technische Mechanik ( Statik, Kinetik, Kinematik) nicht "wirklich" benötigt würden, außer vielleicht einigen grundkenntnissen in Statik.
Mein Gespärchspartner war aber nicht speziell aus diesem Fachgebiet, also war er sich auch nicht sicher.

Daher meine Frage an euch: Inwieweit ist die Technische Mechanik wichtig für dir Robotik.

Als 2. Frage brauche ich mich als Informatiker mit der Konstruktionslehre und Regelungstechnik zu beschäftigen?

Danke

mfg
Lars

nach meinem Verständnis und meiner bisherigen Erfahrung bewegen sich Roboter (griech.: kinema = Bewegung, daher Kinetik), und zwar nicht nur virtuell, sondern vor allem real, aus Masse bestehend, der Schwerkraft unterworfen, mit Masseträgheit, Gewichten und Reibungsverlusten behaftet, und mit Antrieben versehen, die eine gewisse Leistung besitzen müssen, um die geforderte Arbeit verrichten zu können, und die Kräfte und insbesondere auch Drehmomente ;) erzeugen, um sie zu steuern und ihre Bewegung zu regeln - nicht zu vergessen die hierfür notwendige Sensorik - und es ist sicherlich hilfreich zu wissen, wann oder ob sie ggf. unter ihrer Last oder Belastung oder zu starker Beschleunigung zusammenbrechen oder umkippen, und daher weiß ich nicht, wie jemand so verwegen sein kann zu behaupten, man müsse nichts von den zugehörigen physikalischen und mathematischen Grundlagen wie Statik, Kinetik, Kinematik (und insb. auch inverser Kinematik) sowie Steuer- und Regelungstechnik verstehen...:
ich halte dies für die absolut wichtigste Basis, um sich überhaupt mit Robotik beschäftigen zu können, quasi ihre "Essentials" schlechthin, denn genau darum geht es hier doch... :rolleyes:

[i_make_it]

By the Way.
Technische Mechanik umfasst Statik, Dynamik und Festigkeitslehre.
Dynamik umfasst Kinetik und Kinematik.

Wenn man ein mechanisches System konstruiert und baut nutzt einem Statik und Dynamik ohne Festigkeitslehre nicht besonders viel.
Jeder Werkstoff und jede Geometrie hat zusammen mit den Werten aus der Statik und Dynamik anderen Einfluss auf die Bauteilfsetigkeit und somit die abschließende Formgebung jeden Bauteils.

In der Technischen Mechanik als Lehrfach werden, Schrauben, Getriebe, (Verbrennungs-) Motoren, Pumpen und Verdichter (Turbinen) noch mal besonders intensiv behandelt, da diese schon etwas komplexer sind.

Ob und was Du davon brauchst, hängt davon ab was Dein Ziel ist.

Willst Du in ein Unternehmen das Industrieroboter herstellt, dann schadet es nicht da zumindest soviel zu wissen das man einem Maschinenbauer folgen kann und zu erkennen welchen Einfluß das auf die eigene Aufgabe hat.
Allerdings musst Du dem Maschinenbauern nicht den Rang ablaufen können.
Willst Du in die unversitäre Forschung, ist mehr auf jeden Fall besser, denn das ist ständiger Prototypenbau in kleinem Team mit ständiger Fachbereichs übergreifender Interaktion quasi Standart.
Und die die mehr können, kommen weiter. Sei es bei Erprobungen wo man bei einer Störung alles machen muß. Bei Veranstaltungen wo meist nur ein, zwei Begleiter beim Prof. dabei sind. oder später dann wenn es darum geht wer wird der nächste Hiwi und schafft es eventuell sogar auf die Nennung als Coautor.
Willst Du als Hobby mobile autonome Roboter, dann hängt es davon ab was Du machen willst (Land, Wasser, Luft, Radantrieb, Beine etc.)
Bei einem 200g Roboter kann man noch ohne jede Berechnung einfach mal ein Rad direkt auf eine Motorwelle montieren.
Bei einem 10kg Roboter sollte man schon in der Lage sein eine Radaufhängung zu konstruieren (und sollte es auch tun).
Oder die Biegesteifigkeit eines Roboterams berechnen, nicht das die Position im unbelasteren Zustand, zu der im belasten am Ende um 10mm abweicht.

Robotik ist halt wirklich eine interdisziplinaäre Angelegenheit. Und zwar soweit, das jeder Fachbereich gut beraten ist deutlich über den eigenen Tellerrand zu schauen.

Was Regelungstechnik angeht, ist es in der Robotik durchaus möglich das Dein Wissen auch durchaus das Niveau eines Mess- und Regeltechnikers übersteigen kann. Also ein Thema das mindestens genauso wichtig ist wie als Informatiker die üblichen Sortier- und Suchalgorithmen zu kennen.

[Peter(TOO)]

Hallo Lars,

Sobald deine Software es mit Bewegung zu tun bekommt, wird alles viel langsamer als die Lichtgeschwindigkeit und du musst dich irgendwie mit der Physik rumschlagen.

Schon um das Prellen eines realen mechanischen Schalters zu verstehen, ist etwas grundlegende Physik hilfreich.
Und dann erst recht, wenn du irgendeine Regelstrecke hast.

Du musst nicht alles alleine konstruieren und berechnen können, dazu gibt es genügend Andere.
Aber als Informatiker musst du in deiner Software ein Modell der Realität erstellen können und das kannst du nur, wenn du die Physik dahinter verstehst. In der Praxis sollte das Modell so einfach wie möglich und so komplex wie nötig sein. Man muss also wissen, was man vernachlässigen kann und was nicht. Dabei geht es dann nicht nur um die Komplexität der Software, sondern auch um die Anzahl der Sensoren. Je nach dem kann man auch Parameter z.B. mit einer Testfahrt bestimmen und so einen Sensor einsparen.

Z.B. kann man einen Roboterarm einfach mit dicken Motoren ausstatten um konstante Beschleunigungswerte zu erhalten, mit welchen man einfach rechnen kann.
Eine andere Möglichkeit ist es, Zuerst mit einer bekannten Kraft zu Beschleunigen und die Beschleunigung zu messen. Daraus kann man dann auf die Massenträgheit schliessen und hat die Beschleunigungswerte mit welchen man rechnen kann. Dadurch kann man die Geschwindigkeit optimieren, weil so auch die Masse des Werkstücks erfasst werden kann.

Getriebeverluste hängen, unter Anderem, von der Viskosität der verwendeten Schmierstoffe ab. Die Viskosität hängt dann wiederum vor allem von der Temperatur ab. Je nach Umweltbedingungen kannst du die Getriebe-Temperatur vernachlässigen oder musst sie in deinem Modell berücksichtigen.

Vor etwa 30 Jahren, bekam ich einmal einen tollen adaptiven Temperatur-Regler. Der konnte wirklich toll vorgegeben Temperaturprofile abfahren, mit sehr scharfen Kanten beim Übergang von der Aufheizrampe zur Endtemperatur. Nur war das Ding nicht praxistauglich, weil die Umgebungstemperatur als konstant angenommen wurde :-(

Das kann dann auch den Unterschied machen, ob du wochenlang mit dem Debugger auf Geisterjagt bist oder recht schnell den Fehler im Modell finden kannst, bzw. weisst welche Umweltbedingungen du beim Testen anwenden sollst, um Probleme schnell einkreisen oder ausschliessen zu können.

MfG Peter(TOO)