Analyse, Modellierung und Programmierung des Geige-spielens an ...

7. Steuerung
7.4.1. Punkt-zu-Punkt-Bewegung
Ursprünglich wurden Robotersysteme ausschließlich für diese Art von Bewegungsablauf
konzipiert. Auch heute noch wird dieses Konzept in vielen Bereichen angewandt. Kennzeichnend
für diese Art von Steuerung ist ein sehr geringer Softwareaufwand sowie eine
einfache Handhabung. Wie der Name schon vorgibt, wird hierbei eine Bewegung lediglich
von einem Punkt zum anderen ausgeführt. Die Anzahl der vorzugebenden Punkte ist
dabei beliebig variabel. Es existieren verschiedene Möglichkeiten zur Realisierung dieser
Bewegungsmethode:
Sind die anzufahrenden Punkte vom System im Aufbau fest vorgegeben (z. B. durch
Endlagenschalter), so ist für eine Programmierung lediglich eine Ablaufsteuerung von
Nöten, welche Anzahl und Reihenfolge der Punkte vorgibt. Diese Steuerungsart ist allerdings
eher bei Fertigungsstraßen oder ähnlichen üblich und bei Robotern selten. Sind die
Punkte hingegen frei im Raum bestimmbar, so können sie entweder in Weltkoordinaten
vorgegeben oder direkt durch Anfahren (Teach-In) gemessen werden. Letztere Methode
entledigt sich durch die direkte Messung der Gelenkkoordinaten einer Koordinatentransformation,
während bei ersterer Methode diese dementsprechend durchzuführen ist (vgl.
Abschnitt 7.2.1). Sind die Punkte zeitinvariant, so ist eine Koordinatentransformation nur
einmal nötig, was die Rechenzeit deutlich verringert. Sind die Punkte hingegen zeitlich
variable, so ist eine Transformation mindestens nach jeder Lageänderung der anzufahrenden
Position erneut durchzuführen.
Während die vom Endeffektor einzunehmenden Punkte mit beliebiger Genauigkeit
vorzugeben sind, verhält sich die eigentliche Bewegung zwischen diesen Punkten völlig
unkoordiniert. Sie ist im Wesentlichen abhängig vom Aufbau des Systems sowie vom
regelungstechnischen Ansatz. Zu unterscheiden sei hier allerdings noch zwischen einem
sequentiellen oder parallelen Bewegungsablauf. Bei einer sequenziellen Bewegung wird jeweils
immer nur eine Achse angesteuert, während alle anderen verharren, wodurch meist
große Umwege zum Erreichen einer Position in Kauf zu nehmen sind. Allerdings bedingt
diese Methode eine teilweise Beeinflussung der Bewegungsbahn zwischen zwei Punkten.
Parallele Bewegungen implizieren hingegen eine gleichzeitige Bewegung der benötigten
Achsen zum Anfahren des nächsten Punktes. Die jeweiligen Achsen erreichen dabei ihre
geforderte Endposition meist zu verschiedenen Zeitpunkten, abhängig von der Strecke
und der Geschwindigkeit. Vorhersagen über den Bahnverlauf sind damit nur schwer möglich.
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7.4.1.1. Koordinierte Punkt-zu-Punkt-Bewegung
Abhilfe für dieses Problem schafft eine koordinierte Punkt-zu-Punkt-Bewegung. In vielen
literarischen Werken wird diese schon als Vorstufe zur Bahnplanung angesehen. Es
gibt verschiedene Ansätze zur Realisierung solcher Bewegungsabläufe. Eine sehr häufig
verwendete ist die zeitoptimale Planung. Ziel ist es dabei, dass alle Achsen zeitgleich
ihre Zielposition erreichen, wobei die Gesamtzeit auf ein Minimum zu beschränken ist.
Diese Forderung kann umgesetzt werden, indem man für die entsprechenden Achsen die
maximale Beschleunigung bzw. Verzögerung einschränkt oder die maximale Bewegungs-
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