Roddeck Einführung in die Mechatronik

1997
ISBN: 978-3-322-96736-7
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 441 Seiten, eBook

In den letzten Jahren hat die immer stärker werdende Durchdringung von Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik zur Bildung einer neuen Disziplin, der Mechatronik geführt. In diesem interdisziplinären Arbeitsgebiet der Ingenieurwissenschaften fließen selbstständige Fachgebiete wie Konstruktionstechnik, technische Dynamik, Modellbildung, Mess-, Steuer- und Regeltechnik, Antriebstechnik, Mikrorechnertechnik und Informatik zusammen. Nach einer Übersicht über die betroffenen Teilgebiete dieser Disziplinen wird die Verzahnung der Gebiete in typischen mechatronischen Produkten anhand von Beispielen dargestellt.

Zielgruppe

Professional/practitioner

Autoren/Hrsg.

Roddeck, Werner

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung.- 1.1 Entwicklung von Maschinenbau und Elektrotechnik.- 1.2 Entwicklung der Technik am Beispiel der Werkzeugmaschine.- 1.3 Mechatronik als neues Bindeglied.- 1.4 Maschinenbau und Elektrotechnik — grundsätzlich verschieden?.- 1.5 Teilgebiete der Mechatronik.- 2 Modellbildung technischer Systeme.- 2.1 Allgemeine Probleme der Modellbildung.- 2.2 Klassifizierung dynamischer Systeme.- 2.3 Modellierung von Geometrie und Körpereigenschaften.- 2.3.1 Mehrkörpersysteme.- 2.3.2 Systeme mit elastischen Elementen.- 2.4 Modellierung elektrischer Komponenten.- 3 Dynamik mechanischer Systeme.- 3.1 Kinematik des Massenpunktes.- 3.2 Kinematik des starren Körpers.- 3.2.1 Die ebene Bewegung des starren Körpers.- 3.2.2 Die ebene Relativbewegung eines Punktes.- 3.2.3 Die Bewegung des starren Körpers im Raum.- 3.2.3.1 Rotation im Raum.- 3.2.3.2 Relativbewegung eines Punktes des starren Körpers.- 3.2.3.3 Darstellung der Bewegung des starren Körpers in Matrizenschreibweise.- 3.3 Bindungen in Mehrkörpersystemen.- 3.4 Kinetik.- 3.4.1 Impuls-, Schwerpunkt- und Drallsatz.- 3.4.2 Energiesatz.- 3.4.3 Die Prinzipien der Mechanik.- 3.4.3.1 Prinzip der virtuellen Arbeit.- 3.4.3.2 Lagrangesche Bewegungsgleichungen.- 4 Schwingungen.- 4.1 Einmassenschwinger.- 4.1.1 Freie ungedämpfte Schwingungen.- 4.1.2 Freie gedämpfte Schwingungen.- 4.1.3 Erzwungene Schwingungen.- 4.1.3.1 Nichtperiodische Erregung.- 4.1.3.2 Harmonische Erregung.- 4.1.4 Nichtlineare Schwinger.- 4.2 Mehrmassenschwinger.- 4.3 Schwingungsanalyse.- 4.3.1 Reelle Form der Fourier-Reihe.- 4.3.2 Komplexe Form der Fourier-Reihe.- 4.3.3 Fourier-Transformation nichtperiodischer Funktionen.- 4.3.4 Diskrete Fourier-Transformation zur Analyse von Abtastsignalen.- 5 Meß-, Steuerungs- und Regelungstechnik.- 5.1 Meßtechnik.- 5.1.1 Meßgrößen und Maßeinheiten.- 5.1.2 Meßgrößenaufnehmer und Meßwertwandler.- 5.1.3 Kenngrößen von Meßeinrichtungen.- 5.1.3.1 Statische Kenngrößen.- 5.1.3.2 Dynamische Kenngrößen.- 5.1.3.3 Fehlerkenngrößen.- 5.2 Steuerungstechnik.- 5.2.1 Boole’sche Algebra.- 5.2.1.1 Kombinatorische Steuerungen.- 5.2.1.2 Sequentielle Steuerungen.- 5.2.2 Probleme der Modellbildung digitaler Systeme.- 5.2.3 Entwurfsmethoden digitaler Steuerungen.- 5.2.3.1 Kombinatorische Standardschaltungen.- 5.2.3.2 Entwurfsverfahren und sequentielle Standardschaltungen.- 5.2.3.3 Beschreibungsverfahren sequentieller Steuerungen.- 5.2.4 Mehrwertige und unscharfe Logik (Fuzzy Logic).- 5.2.4.1 Fuzzy Mengen.- 5.2.4.2 Fuzzy- Inferenz.- 5.3 Regelungstechnik.- 5.3.1 Beschreibung und Analyse regelungstechnischer Systeme.- 5.3.1.1 Systembeschreibungen.- 5.3.1.2 Blockschaltbilder.- 5.3.1.3 Frequenzgang und Ortskurve.- 5.3.1.4 Verschiedenartige Übertragungssysteme.- 5.3.1.5 Frequenzkennlinien.- 5.3.1.6 Zustandsraumdarstellung.- 5.3.1.7 Regler.- 5.3.1.8 Stabilität von Regelkreisen.- 5.3.1.9 Systemidentifikation.- 5.3.2 Synthese von Regelkreisen.- 5.3.2.1 Spezifikationen.- 5.3.2.2 Einstellregeln.- 5.3.2.3 Mehrschleifige Regelkreise.- 6 Simulation.- 6.1 Numerische Integration.- 6.2 Simulationssysteme.- 6.2.1 Simulationssprachen.- 6.2.2 Simulation elektrischer Schaltungen.- 6.2.3 Simulation mechanischer Systeme.- 6.2.4 Modellbeschreibung mit Blockschaltbild-Editoren.- 6.2.5 Objektorientierte Modellbildung.- 7 Sensoren.- 7.1 Meßeffekte.- 7.1.1 Widerstandseffekte.- 7.1.1.1 Ohmsche Widerstandseffekte.- 7.1.1.2 Piezowiderstandseffekt.- 7.1.2 Magnetische Effekte.- 7.1.2.1 Induktionsprinzip.- 7.1.2.2 Galvanomagnetische Effekte.- 7.1.2.3 Magnetoelastische Effekte.- 7.1.3 Kapazitive Effekte.- 7.1.4 Piezo- und Pyroelektrische Effekte.- 7.1.5 Optische Effekte.- 7.2 Sensoren für mechatronische Systeme.- 7.2.1 Bewegungssensoren.- 7.2.1.1 Positionssensoren.- 7.2.1.2 Geschwindigkeitssensoren.- 7.2.1.3 Beschleunigungssensoren.- 7.2.2 Kraft- und Momentensensoren.- 8 Aktoren.- 8.1 Klassische Aktoren.- 8.1.1 Elektromotorische, rotierende Antriebe.- 8.1.1.1 Gleichstrommotoren.- 8.1.1.2 Drehfeldmotoren.- 8.1.1.3 Asynchronmotoren.- 8.1.1.4 Schrittmotoren.- 8.1.2 Elektromotorische Linearantriebe.- 8.1.3 Fluidische Aktoren.- 8.1.3.1 Pneumatische Aktoren.- 8.1.3.2 Hydraulische Aktoren.- 8.1.3.3 Geschwindigkeitsverstellung von hydraulischen Aktoren.- 8.2 Neuartige Aktoren.- 9 Mechatronische Systeme.- 9.1 Wann ist der Einsatz der Mechatronik sinnvoll?.- 9.2 Mechatronische Teilsysteme.- 9.2.1 Magnetlager.- 9.2.2 Aktives Fahrwerk.- 9.2.2.1 Aktive Federung mit Hydrozylinder.- 9.2.2.2 Aktive Federung mit Hydrozylinder und aktivem Tilger.- 9.3 Industrieroboter.- 9.3.1 Anfänge.- 9.3.2 Grundlagen der Robotertechnologie.- 9.3.2.1 Historische Entwicklungen der Robotertechnik.- 9.3.2.2 Abgrenzung des Begriffes Industrieroboter.- 9.3.2.3 Gründe für den Einsatz von Industrierobotern.- 9.3.2.4 Derzeitige Einsatzgebiete von Industrierobotern.- 9.3.3 Kenndaten von Industrierobotern.- 9.3.3.1 Anzahl der notwendigen Achsen und Arbeitsbereich.- 9.3.3.2 Tragkraft.- 9.3.3.3 Antriebssysteme.- 9.3.3.4 Geschwindigkeit und Beschleunigung.- 9.3.3.5 Positionier- und Wiederholgenauigkeit.- 9.3.4 Robotersteuerungen.- 9.3.4.1 Punktsteuerung (PTP).- 9.3.4.2 Bahnsteuerung (CP).- 9.3.4.3 Vielpunkt-Steuerung (MP).- 9.3.4.4 Intelligente Steuerungen.- 9.3.4.5 Komponenten von Robotersteuerungen.- 9.3.4.6 Programmierverfahren für Industrieroboter.- 9.3.5 Industrieroboteranwendung.

Über Autor(innen)

Prof. Dr.-Ing. Werner Roddeck,Leiter des Institutes für Werkzeugmaschinen und Roboter, Fachbereich Maschinenbau, Fachhochschule Bochum