Das große Robotik Glossar: Über 80 Fachbegriffe von A bis Z

Sie wollen in der Robotik mitreden, ohne jedes Mal eine Suchmaschine bemühen zu müssen? Dieses Robotik Glossar erklärt über 80 zentrale Begriffe aus Robotik, Automatisierung und künstlicher Intelligenz. Kompakt, verständlich und alphabetisch sortiert.

Das Wichtigste in Kürze

• Über 80 Fachbegriffe aus Robotik, Automatisierung und KI in einem Glossar vereint
• Jeder Begriff wird in 40 bis 80 Wörtern mit Praxisbezug erklärt
• Alphabetische Sortierung von Actuator bis Zykluszeitoptimierung
• Geschrieben für Entscheider, die fundiert mitreden wollen, ohne Ingenieursstudium

Actuator (Aktor)

Ein Actuator wandelt elektrische, hydraulische oder pneumatische Energie in mechanische Bewegung um. Ohne Aktoren bewegt sich kein Roboter. Sie stecken in jedem Gelenk, jedem Greifer und jeder Achse. Elektrische Servomotoren dominieren in der Industrierobotik, hydraulische Varianten kommen bei extrem hohen Lasten zum Einsatz.

Algorithmus

Ein Algorithmus ist eine eindeutige Handlungsvorschrift zur Lösung eines Problems in endlich vielen Schritten. Roboter arbeiten auf Basis tausender Algorithmen gleichzeitig: für Navigation, Bildverarbeitung, Greifplanung und Kollisionsvermeidung. Die Qualität der Algorithmen entscheidet darüber, ob ein Roboter elegant oder unbeholfen agiert.

Autonomes Fahren

Autonomes Fahren beschreibt die Fähigkeit eines Fahrzeugs, ohne menschlichen Eingriff zu navigieren. Die SAE International unterscheidet sechs Stufen: von Level 0 (keinerlei Automatisierung) bis Level 5 (vollständige Autonomie in jeder Situation). Stand 2026 operieren die meisten kommerziellen Systeme auf Level 2 bis 3.

Autonomie

Autonomie bezeichnet den Grad, in dem ein Roboter eigenständig Entscheidungen trifft und Aufgaben ausführt. Vollautonome Systeme benötigen keinerlei menschliche Intervention. Teilautonome Systeme fordern bei Unsicherheit menschliche Bestätigung an. Die meisten Industrieroboter arbeiten heute teilautonom: programmiert für spezifische Aufgaben, aber unfähig, auf unvorhergesehene Situationen selbstständig zu reagieren.

Bahnplanung (Path Planning)

Bahnplanung berechnet den optimalen Weg eines Roboters von Punkt A nach Punkt B. Dabei berücksichtigt der Algorithmus Hindernisse, Gelenkgrenzen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen. Klassische Verfahren wie RRT (Rapidly Exploring Random Trees) und A* lösen statische Szenarien. Für dynamische Umgebungen kommen zunehmend Deep Reinforcement Learning Methoden zum Einsatz.

Bildverarbeitung (Computer Vision)

Bildverarbeitung ermöglicht Robotern, ihre Umgebung visuell zu erfassen und zu interpretieren. Kameras, LiDAR und Tiefensensoren liefern Rohdaten. Neuronale Netze erkennen daraus Objekte, Gesichter, Gesten oder Hindernisse. In der Qualitätskontrolle prüfen Bildverarbeitungssysteme Bauteile schneller und zuverlässiger als das menschliche Auge.

BLDC Motor (Brushless DC Motor)

Ein BLDC Motor arbeitet ohne mechanische Bürsten und verschleißt dadurch deutlich langsamer als herkömmliche Gleichstrommotoren. Die elektronische Kommutierung ermöglicht präzise Drehzahlregelung bei hohem Wirkungsgrad. In der Robotik treiben BLDC Motoren Gelenke, Räder und Propeller an. Drohnen wären ohne diese Motoren nicht denkbar.

Cobot (Collaborative Robot)

Ein Cobot ist ein kollaborativer Roboter, der ohne Schutzzaun direkt neben Menschen arbeitet. Sensoren und Kraftbegrenzung verhindern Verletzungen bei Kontakt. Universal Robots, FANUC und ABB gehören zu den führenden Herstellern. Cobots übernehmen typischerweise monotone Aufgaben wie Schrauben, Kleben oder Palettieren, während der Mensch die komplexeren Tätigkeiten erledigt.

Compliance (mechanisch)

Compliance beschreibt die Nachgiebigkeit eines Robotergelenks oder Greifers bei Kontakt mit Objekten. Ein steifer Greifer zerdrückt ein Ei. Ein complianter Greifer passt seinen Druck automatisch an. Die mechanische Compliance lässt sich durch Federelemente, elastische Materialien oder aktive Kraftregelung erreichen. Für die sichere Mensch Roboter Zusammenarbeit ist Compliance unverzichtbar.

Deep Learning

Deep Learning nutzt künstliche neuronale Netze mit vielen Schichten, um komplexe Muster in Daten zu erkennen. In der Robotik revolutioniert Deep Learning die Bereiche Bildverarbeitung, Sprachverständnis und Bewegungsplanung. Trainiert auf Millionen von Bildern erkennt ein Deep Learning Modell Objekte zuverlässiger als jedes handcodierte Regelwerk.

Degrees of Freedom (DOF)

Degrees of Freedom (Freiheitsgrade) geben an, wie viele unabhängige Bewegungsachsen ein Roboter besitzt. Ein typischer Industrierobotarm hat sechs DOF: drei für die Position im Raum, drei für die Orientierung des Werkzeugs. Sieben oder mehr Freiheitsgrade ermöglichen redundante Konfigurationen und damit flexiblere Bewegungen um Hindernisse herum.

Delta Roboter

Ein Delta Roboter besteht aus drei parallelkinematischen Armen, die an einer gemeinsamen Plattform befestigt sind. Die Bauweise ermöglicht extrem schnelle Pick and Place Bewegungen mit bis zu 300 Zyklen pro Minute. In der Lebensmittel und Pharmaindustrie sortieren Delta Roboter Produkte auf Förderbändern im Sekundentakt.

Digital Twin (Digitaler Zwilling)

Ein Digital Twin ist eine virtuelle Echtzeitkopie eines physischen Roboters oder einer gesamten Produktionslinie. Sensordaten des realen Systems fließen kontinuierlich in das digitale Modell ein. Ingenieure testen Programmänderungen am Zwilling, bevor sie diese auf dem realen Roboter ausrollen. Ausfallzeiten und Fehlerrisiken sinken dadurch erheblich.

Drohne (UAV)

Eine Drohne (Unmanned Aerial Vehicle) ist ein unbemanntes Fluggerät mit ferngesteuerter oder autonomer Navigation. Multicopter dominieren den zivilen Markt, Starrflügler kommen bei großen Reichweiten zum Einsatz. Anwendungsfelder reichen von der Paketlieferung über Landwirtschaft bis zur Infrastrukturinspektion.

Edge Computing

Edge Computing verarbeitet Daten direkt am Roboter, statt sie an einen zentralen Server zu senden. Die lokale Berechnung reduziert Latenzzeiten auf Millisekunden. Für zeitkritische Aufgaben wie Kollisionsvermeidung oder Qualitätsprüfung ist diese Geschwindigkeit unverzichtbar. Moderne Robotersteuerungen integrieren leistungsfähige GPU Module für Edge Inferenz.

Effektor (Endeffektor)

Der Endeffektor ist das Werkzeug am Ende eines Roboterarms. Greifer, Schweißbrenner, Frässpindeln, Saugnapfmodule oder Kameras: der Endeffektor bestimmt, was ein Roboter tatsächlich tun kann. Ein Roboterarm ohne Endeffektor ist wie eine Hand ohne Finger.

Embedded System

Ein Embedded System ist ein spezialisierter Mikrocomputer, der in ein größeres Gerät eingebettet ist. Roboter enthalten dutzende Embedded Systems: in Motorcontrollern, Sensoren, Kommunikationsmodulen und Sicherheitsüberwachungen. Typische Plattformen sind ARM Cortex Prozessoren, die energieeffizient genug für batteriebetriebene Systeme arbeiten.

FANUC

FANUC ist ein japanischer Hersteller von Industrierobotern und CNC Steuerungen mit Hauptsitz in Oshino. Das Unternehmen produziert über 500.000 Roboter pro Jahr und gehört damit zu den weltweit größten Roboterherstellern. Die charakteristisch gelben Roboterarme stehen in Automobilfabriken, Elektronikwerken und Logistikzentren auf der ganzen Welt.

Federvorspannung (Pretension)

Federvorspannung beschreibt die absichtliche mechanische Vorspannung in Robotergelenken. Sie eliminiert Spiel (Backlash) und erhöht die Positioniergenauigkeit. Besonders bei Harmonic Drive Getrieben und Seilzugmechanismen spielt Pretension eine zentrale Rolle. Ohne Vorspannung entstehen bei Richtungswechseln unkontrollierbare Bewegungsfehler.

Force Feedback

Force Feedback gibt dem Bediener eines Teleoperationssystems haptische Rückmeldung über die Kräfte, die der ferngesteuerte Roboter erfährt. Chirurgische Roboter nutzen Force Feedback, damit Operateure den Gewebewiderstand spüren. Auch in der Unterwasserrobotik und bei der Entschärfung von Sprengkörpern macht diese Technologie präzises Arbeiten auf Distanz möglich.

Freiheitsgrad

Siehe Degrees of Freedom (DOF).

Greifer

Ein Greifer ist die häufigste Form des Endeffektors. Die drei Grundtypen sind mechanische Greifer (Backen oder Finger), Vakuumgreifer (Saugnapfprinzip) und magnetische Greifer. Adaptive Greifer passen ihre Form automatisch an das Greifobjekt an. Soft Robotics Greifer aus flexiblem Silikon greifen empfindliche Lebensmittel, ohne sie zu beschädigen.

Harmonic Drive

Ein Harmonic Drive ist ein spielarmes Untersetzungsgetriebe mit extrem hohem Übersetzungsverhältnis bei kompakter Bauform. Drei Komponenten erzeugen die Untersetzung: Wave Generator, Flexspline und Circular Spline. Nahezu jeder moderne Industrieroboter und Cobot nutzt Harmonic Drives in seinen Gelenkachsen.

Humanoider Roboter

Ein humanoider Roboter imitiert die menschliche Körperform mit aufrechtem Gang, zwei Armen und einem Kopf. Boston Dynamics Atlas, Teslas Optimus und Agility Robotics Digit gehören zu den bekanntesten Vertretern. Der humanoide Formfaktor ermöglicht den Einsatz in Umgebungen, die für Menschen gebaut wurden. Die bipede Fortbewegung bleibt allerdings eine der größten Herausforderungen der Robotik.

IIoT (Industrial Internet of Things)

Das IIoT vernetzt Maschinen, Sensoren und Roboter in Produktionsumgebungen miteinander. Jedes Gerät sendet Betriebsdaten in Echtzeit an zentrale Analyseplattformen. Vorausschauende Wartung, automatische Nachbestellung von Material und dynamische Produktionsplanung werden dadurch möglich. OPC UA und MQTT sind die dominierenden Kommunikationsprotokolle.

Impedanzregelung

Die Impedanzregelung steuert nicht nur die Position eines Roboterarms, sondern auch dessen mechanisches Verhalten bei Kontakt. Der Roboter verhält sich wie ein virtuelles Feder Dämpfer System. Bei Kontakt mit einem Objekt gibt er definiert nach, statt starr dagegenzudrücken. Für Montageaufgaben und die Mensch Roboter Interaktion ist dieses Regelungskonzept unverzichtbar.

Industrieroboter

Ein Industrieroboter ist ein automatisch gesteuerter, programmierbarer Mehrzweckmanipulator mit mindestens drei Achsen. Die ISO 8373 definiert den Begriff verbindlich. Typische Anwendungen: Schweißen, Lackieren, Montieren, Palettieren, Schleifen. Die International Federation of Robotics (IFR) zählt weltweit über 4 Millionen aktive Industrieroboter.

Inverse Kinematik

Die inverse Kinematik berechnet die nötigen Gelenkwinkel, um den Endeffektor an eine gewünschte Position und Orientierung im Raum zu bringen. Das Problem ist mathematisch komplexer als die Vorwärtskinematik, da oft mehrere Lösungen existieren. Analytische Verfahren liefern exakte Ergebnisse, numerische Verfahren wie der Jacobi Algorithmus funktionieren auch bei redundanten Systemen.

IO Link

IO Link ist ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll (IEC 61131-9) für Sensoren und Aktoren in der Industrieautomatisierung. Die Punkt zu Punkt Verbindung ermöglicht bidirektionale Datenübertragung über gewöhnliche Dreidrahtkabel. Roboterzellen nutzen IO Link für die Anbindung von Greifersensoren, Lichtschranken und pneumatischen Ventilen.

Joint (Gelenk)

Ein Joint verbindet zwei starre Glieder eines Roboters und ermöglicht kontrollierte Bewegung. Revolute Joints (Drehgelenke) und Prismatic Joints (Lineargelenke) sind die zwei Grundtypen. Die Kombination beider Typen definiert den Arbeitsraum des Roboters. Jedes Gelenk verfügt über einen eigenen Motor, Encoder und Controller.

Kartesischer Roboter

Ein kartesischer Roboter bewegt sich entlang dreier linearer Achsen (X, Y, Z). Die Bauweise ermöglicht hohe Positioniergenauigkeit und einfache Programmierung, schränkt aber den Arbeitsraum auf einen Quader ein. CNC Fräsmaschinen und 3D Drucker basieren auf dem kartesischen Prinzip.

Kinematische Kette

Eine kinematische Kette beschreibt die Abfolge von Gliedern und Gelenken eines Roboters von der Basis bis zum Endeffektor. Offene kinematische Ketten (wie ein Roboterarm) haben ein freies Ende. Geschlossene Ketten (wie ein Delta Roboter) bilden einen Kreislauf. Die Struktur der Kette bestimmt Arbeitsraum, Steifigkeit und Tragfähigkeit.

Künstliche Intelligenz (KI)

Künstliche Intelligenz befähigt Maschinen, Aufgaben auszuführen, die menschliche Intelligenz erfordern: Lernen, Schlussfolgern, Planen und Wahrnehmen. In der Robotik ermöglicht KI adaptive Verhaltensweisen, die über starre Programmierung hinausgehen. Generative KI Modelle erzeugen seit 2023 auch Robotersteuerungscode aus natürlichsprachlichen Anweisungen.

KUKA

KUKA ist ein deutscher Roboterhersteller mit Hauptsitz in Augsburg. Seit 2016 gehört das Unternehmen mehrheitlich zum chinesischen Midea Konzern. KUKA Roboter dominieren in der Automobilindustrie und sind bekannt für ihre orangefarbenen Industrieroboter. Die hauseigene Programmiersprache KRL steuert weltweit hunderttausende Roboteranlagen.

Lernende Roboter (Robot Learning)

Lernende Roboter verbessern ihr Verhalten durch Erfahrung, statt ausschließlich auf festprogrammierte Anweisungen angewiesen zu sein. Methoden wie Reinforcement Learning, Imitation Learning und Learning from Demonstration ermöglichen dies. Google DeepMind und OpenAI demonstrieren regelmäßig Roboter, die komplexe Manipulationsaufgaben allein durch Ausprobieren erlernen.

LiDAR

LiDAR (Light Detection and Ranging) misst Entfernungen durch Laufzeitmessung von Laserpulsen. Der Sensor erzeugt hochpräzise dreidimensionale Punktwolken der Umgebung. Autonome Fahrzeuge, mobile Roboter und Drohnen nutzen LiDAR für Navigation und Kartierung. Die Kosten für LiDAR Sensoren sind seit 2020 um über 90 Prozent gefallen.

Lokalisierung

Lokalisierung bestimmt die Position und Orientierung eines Roboters in seiner Umgebung. Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) löst beide Probleme gleichzeitig: Der Roboter erstellt eine Karte und lokalisiert sich darin. Sensorfusion aus LiDAR, Kamera und Odometrie erhöht die Genauigkeit.

Manipulator

Ein Manipulator ist der mechanische Arm eines Robotersystems, bestehend aus Gliedern und Gelenken. Die Bezeichnung umfasst den gesamten Bewegungsapparat vom Sockel bis zum Endeffektor. Industriemanipulatoren tragen je nach Bauart zwischen wenigen Gramm und mehreren Tonnen.

Mechatronik

Mechatronik verbindet Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik zu einer integrierten Ingenieursdisziplin. Jeder Roboter ist ein mechatronisches System. Sensoren erfassen die Umwelt, Algorithmen verarbeiten die Daten, Aktoren setzen Befehle in Bewegung um.

Mensch Roboter Interaktion (MRI)

Die Mensch Roboter Interaktion erforscht, wie Menschen und Roboter sicher, effizient und intuitiv zusammenarbeiten. Das Feld umfasst physische Interaktion (gemeinsame Montage), kognitive Interaktion (Sprachbefehle, Gesten) und soziale Interaktion (Serviceroboter im Einzelhandel). Akzeptanzstudien zeigen, dass Vertrauen in Roboter stark von deren Vorhersagbarkeit abhängt.

Mobile Roboter

Ein mobiler Roboter bewegt sich eigenständig durch seine Umgebung. Räder, Ketten, Beine oder Propeller dienen als Fortbewegungsmittel. Autonome Gabelstapler in Lagerhallen, Rasenmähroboter und Mars Rover gehören alle zur selben Kategorie. Die zentrale Herausforderung: sichere Navigation in unstrukturierten, sich verändernden Umgebungen.

Motek (Messe)

Die Motek ist die internationale Fachmesse für Produktions und Montageautomatisierung in Stuttgart. Jährlich präsentieren über 700 Aussteller Greiftechnik, Zuführsysteme, Roboterlösungen und Montageanlagen. Für Entscheider in der Fertigungsindustrie bietet die Motek einen kompakten Marktüberblick.

Motion Planning

Motion Planning berechnet kollisionsfreie Bewegungsbahnen unter Berücksichtigung aller Gelenkbeschränkungen, Geschwindigkeiten und dynamischen Grenzen. Der Algorithmus optimiert nicht nur den Pfad, sondern auch die Beschleunigungsprofile und den Energieverbrauch. Moderne Motion Planner kombinieren samplingbasierte Methoden mit maschinellem Lernen.

Neuromorphe Chips

Neuromorphe Chips imitieren die Funktionsweise biologischer Neuronen in Silizium. Statt sequenzieller Berechnung verarbeiten sie Informationen durch Spike Signale parallel und energieeffizient. Intels Loihi und IBMs TrueNorth sind prominente Forschungsplattformen. In der Robotik versprechen neuromorphe Prozessoren deutlich schnellere Sensorverarbeitung bei einem Bruchteil des Energieverbrauchs.

Nutzlast (Payload)

Die Nutzlast gibt an, welches Gewicht ein Roboter am Endeffektor maximal tragen kann, ohne an Genauigkeit oder Geschwindigkeit einzubüßen. Cobots bewegen typischerweise 3 bis 16 Kilogramm. Schwerlastroboter schaffen über 1.000 Kilogramm. Die Angabe bezieht sich immer auf die ungünstigste Armkonfiguration bei voller Reichweite.

Objekterkennung

Objekterkennung identifiziert und lokalisiert Gegenstände in Bildern oder Punktwolken. Convolutional Neural Networks (CNNs) und Transformer Modelle wie YOLO und DETR liefern Bounding Boxes und Klassenbezeichnungen in Echtzeit. In der Logistik greifen Roboter dadurch Pakete unterschiedlicher Form und Größe zuverlässig aus unsortierten Behältern.

Odometrie

Odometrie schätzt die Position eines mobilen Roboters anhand seiner Radumdrehungen. Das Prinzip ist einfach und kostengünstig, akkumuliert aber über die Zeit Fehler. Schlupf auf glatten Böden oder unebenes Gelände verschlechtern die Genauigkeit erheblich. Deshalb kombinieren Roboter Odometrie immer mit zusätzlichen Sensoren.

Open Source Robotik

Open Source Robotik stellt Hardware und Softwaredesigns frei zur Verfügung. ROS (Robot Operating System) ist das dominierende Open Source Framework der gesamten Branche. Open Source Hardwareplattformen wie der Poppy Humanoid oder der TurtleBot senken die Einstiegshürde für Forschung und Lehre.

Parallelkinematik

Ein parallelkinematischer Roboter verbindet seine Plattform über mehrere parallele Gelenkketten mit der Basis. Das Gegenteil einer seriellen Kinematik. Vorteile: hohe Steifigkeit, geringe bewegte Masse, extreme Geschwindigkeit. Nachteile: eingeschränkter Arbeitsraum. Delta Roboter und Stewart Plattformen sind die bekanntesten Vertreter.

PID Regler

Ein PID Regler (Proportional Integral Derivative) ist der Standardregler in der Robotik für Positions und Geschwindigkeitsregelung. Der proportionale Anteil reagiert auf den aktuellen Fehler, der integrale auf den akkumulierten Fehler und der derivative auf die Fehleränderungsrate. Die richtige Parametrierung entscheidet über ruckelfreie oder oszillierende Bewegungen.

Pneumatik

Pneumatik nutzt Druckluft als Medium zur Erzeugung mechanischer Bewegung. Pneumatische Greifer und Zylinder sind robust, schnell und preiswert. Der Nachteil: Die Kompressibilität der Luft erschwert präzise Positionsregelung. In der Lebensmittelindustrie ist Pneumatik beliebt, weil keine Schmiermittel ins Produkt gelangen können.

Punktschweißen

Punktschweißen verbindet zwei Metallteile durch lokalen Stromdurchgang und Widerstandserwärmung. Robotergestütztes Punktschweißen dominiert die Automobilproduktion. Ein einziger Karosserieroboter setzt mehrere tausend Schweißpunkte pro Schicht.

Reinforcement Learning (RL)

Reinforcement Learning trainiert einen Agenten durch Belohnung und Bestrafung. Der Roboter probiert Aktionen aus und lernt, welche Strategien langfristig die höchste Belohnung bringen. Sim to Real Transfer trainiert zunächst in der Simulation und überträgt das gelernte Verhalten auf den realen Roboter.

ROS (Robot Operating System)

ROS ist ein Open Source Framework, das Kommunikation, Hardwareabstraktion und Werkzeuge für die Robotersoftwareentwicklung bereitstellt. ROS 2 (aktueller Standard) bietet Echtzeitfähigkeit, verbesserte Sicherheit und Unterstützung für Mehrrobotersysteme. Nahezu jede Universität und eine wachsende Zahl von Unternehmen setzen ROS als Grundlage ihrer Robotersoftware ein.

Roboterdichte

Die Roboterdichte misst die Anzahl installierter Industrieroboter pro 10.000 Beschäftigte im verarbeitenden Gewerbe. Südkorea führt die Statistik mit über 1.000 Robotern pro 10.000 Arbeiter an. Deutschland liegt bei rund 400. Die International Federation of Robotics veröffentlicht die Kennzahl jährlich.

Roboterethik

Roboterethik untersucht moralische Fragen rund um den Einsatz autonomer Maschinen. Wer haftet, sofern ein autonomer Roboter einen Unfall verursacht? Dürfen Pflegeroboter emotionale Bindungen bei Demenzpatienten erzeugen? Die EU hat mit dem AI Act einen ersten regulatorischen Rahmen geschaffen. Verbindliche Antworten auf die meisten Fragen fehlen allerdings weiterhin.

Roboterzelle

Eine Roboterzelle ist eine abgegrenzte Produktionseinheit, in der ein oder mehrere Roboter eine definierte Aufgabe ausführen. Schutzzäune, Lichtschranken oder druckempfindliche Bodenmatten sichern den Bereich. Lean Production setzt auf modulare Roboterzellen, die sich schnell umkonfigurieren lassen.

Safety Controller

Ein Safety Controller überwacht sicherheitsrelevante Funktionen eines Robotersystems in Echtzeit. Geschwindigkeit, Kraft, Position und Kontakt mit Menschen werden permanent gegen Grenzwerte geprüft. Überschreitet ein Parameter den Schwellenwert, stoppt der Controller die Bewegung innerhalb von Millisekunden. Die Normen ISO 13849 und ISO 10218 definieren die Anforderungen.

SCARA Roboter

Ein SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) bewegt sich in der horizontalen Ebene flexibel und in der vertikalen Achse starr. Die Bauform eignet sich ideal für schnelle Pick and Place Aufgaben und Montagen von oben. Elektronikfertigung und Verpackungsindustrie setzen SCARA Roboter massenhaft ein.

Sensor

Ein Sensor wandelt physikalische Größen in elektrische Signale um. Roboter nutzen dutzende Sensortypen gleichzeitig: Encoder für Gelenkpositionen, Kraftmomentensensoren für Kontaktkräfte, Kameras für visuelle Wahrnehmung, IMUs für Lagebestimmung. Die Sensorqualität limitiert die Fähigkeiten eines Roboters stärker als die Rechenleistung.

Sensorfusion

Sensorfusion kombiniert Daten mehrerer Sensoren zu einem konsistenteren und genaueren Gesamtbild. Kalman Filter und deren Varianten sind die mathematische Grundlage. Ein autonomes Fahrzeug fusioniert Kamera, LiDAR, Radar und GPS Daten, um seine Umgebung dreidimensional zu verstehen.

Servomotor

Ein Servomotor ist ein Antrieb mit integrierter Positionsrückführung (Closed Loop). Der Encoder meldet die tatsächliche Position an den Regler zurück, der Abweichungen sofort korrigiert. Robotergelenke verwenden fast ausschließlich Servomotoren, weil sie präzise Positionen anfahren und halten können.

Simulation

Simulation bildet Roboter und ihre Umgebungen virtuell nach. Gazebo, Isaac Sim (NVIDIA), MuJoCo und PyBullet gehören zu den verbreitetsten Simulationsumgebungen. In der Simulation testen Ingenieure Programme, trainieren KI Modelle und validieren Sicherheitskonzepte, bevor sie reale Hardware riskieren.

SLAM (Simultaneous Localization and Mapping)

SLAM löst zwei Probleme gleichzeitig: Der Roboter erstellt eine Karte seiner unbekannten Umgebung und bestimmt darin seine eigene Position. Staubsaugerroboter, autonome Gabelstapler und Mars Rover nutzen SLAM für die Navigation. Die Echtzeitfähigkeit moderner SLAM Algorithmen ermöglicht flüssige Bewegung in dynamischen Umgebungen.

Soft Robotics

Soft Robotics baut Roboter aus weichen, elastischen Materialien statt aus Stahl und Aluminium. Silikon, pneumatische Muskeln und formverändernde Polymere erzeugen Bewegung. Die nachgiebigen Strukturen passen sich Objekten an und greifen empfindliche Gegenstände sicher. Anwendungen reichen von der Lebensmittelverarbeitung bis zur minimalinvasiven Chirurgie.

SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung)

Eine SPS steuert Maschinen und Anlagen in Echtzeit über ein zyklisch abgearbeitetes Programm. Siemens S7, Beckhoff TwinCAT und Rockwell Allen Bradley dominieren den Markt. In Roboterzellen orchestriert die SPS das Zusammenspiel von Roboter, Fördertechnik, Sensoren und Sicherheitseinrichtungen.

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Stewart Plattform

Eine Stewart Plattform besteht aus sechs linear verstellbaren Streben zwischen einer Basis und einer beweglichen Plattform. Die Anordnung ermöglicht Bewegung in allen sechs Freiheitsgraden mit hoher Steifigkeit. Flugsimulatoren nutzen Stewart Plattformen für realistische Bewegungssimulation.

Schwarmrobotik (Swarm Robotics)

Schwarmrobotik koordiniert viele einfache Roboter zu einem kollektiven Verhalten ohne zentrale Steuerung. Inspiriert von Ameisen, Bienen und Fischschwärmen kommunizieren die Einheiten nur mit ihren direkten Nachbarn. Anwendungsszenarien reichen von Umweltmonitoring über Katastrophenhilfe bis zur verteilten Landwirtschaft.

TCP (Tool Center Point)

Der TCP definiert den Referenzpunkt am Endeffektor, auf den sich alle Positionsangaben beziehen. Bei einem Schweißroboter liegt der TCP an der Elektrodenspitze, bei einem Greifer im Zentrum der Greifbacken. Die korrekte TCP Kalibrierung ist entscheidend für die Positionsgenauigkeit.

Teach Pendant

Ein Teach Pendant ist das Handprogrammiergerät für Industrieroboter. Der Bediener führt den Roboter manuell zu den gewünschten Positionen und speichert diese ab. Cobots ersetzen das Pendant zunehmend durch handgeführtes Teachen: Der Bediener bewegt den Arm direkt und der Roboter speichert die Trajektorie.

Teleoperation

Teleoperation ermöglicht die Fernsteuerung eines Roboters durch einen menschlichen Bediener. Chirurgische Systeme wie der da Vinci Roboter operieren durch Teleoperation mit millimetergenauer Skalierung der Handbewegungen. Unterwasserroboter in der Tiefseeindustrie und Bombenentschärfungsroboter arbeiten nach demselben Prinzip.

Totmannschalter

Ein Totmannschalter ist ein Sicherheitsmechanismus, der den Roboter sofort stoppt, sobald der Bediener die Taste loslässt. Beim Einrichten und Testen von Roboterprogrammen hält der Bediener den Schalter permanent gedrückt. Die dreistufige Variante verhindert sowohl unbeabsichtigtes Loslassen als auch panikbedingtes Festkrallen.

Trajektorie

Eine Trajektorie beschreibt den zeitlichen Verlauf von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung eines Roboters entlang eines geplanten Pfades. Die Bahnplanung legt den geometrischen Pfad fest. Die Trajektorienplanung fügt das Zeitprofil hinzu. Ruckbegrenzung sorgt dafür, dass Beschleunigungsänderungen sanft verlaufen.

Transfer Learning

Transfer Learning überträgt Wissen, das ein Modell bei einer Aufgabe gelernt hat, auf eine verwandte neue Aufgabe. In der Robotik verkürzt dieser Ansatz Trainingszeiten erheblich. Ein Greifmodell, das auf tausende Objekte in der Simulation trainiert wurde, lernt neue Objektformen mit nur wenigen Dutzend realen Beispielen.

TurtleBot

Der TurtleBot ist eine kostengünstige, ROS basierte mobile Roboterplattform für Forschung und Ausbildung. Seit der ersten Version 2010 hat sich der TurtleBot zum Standardwerkzeug in der Robotiklehre entwickelt. Tausende Universitäten weltweit setzen ihn in Kursen ein.

Universal Robots

Universal Robots (UR) ist ein dänischer Hersteller, der den Cobot Markt praktisch erfunden hat. Die Modelle UR3e, UR5e, UR10e und UR20 decken Nutzlasten von 3 bis 20 Kilogramm ab. Die intuitive Programmierung und das offene Ökosystem UR+ haben Cobots für kleine und mittelständische Unternehmen zugänglich gemacht.

Unterwasserroboter (ROV/AUV)

Unterwasserroboter arbeiten in Tiefen, die für Taucher unerreichbar oder zu gefährlich sind. ROVs (Remotely Operated Vehicles) werden kabelgebunden ferngesteuert. AUVs (Autonomous Underwater Vehicles) operieren autonom. Die Kommunikation unter Wasser funktioniert über Akustiksignale, da Radiowellen im Wasser stark gedämpft werden.

Vorwärtskinematik

Die Vorwärtskinematik berechnet die Position und Orientierung des Endeffektors aus den bekannten Gelenkwinkeln. Das mathematische Problem ist eindeutig lösbar und deutlich einfacher als die inverse Kinematik. Jede Robotersteuerung löst die Vorwärtskinematik in Echtzeit.

Waypoint Navigation

Waypoint Navigation führt einen Roboter über eine Folge vordefinierter Koordinatenpunkte. Der Roboter fährt Punkt für Punkt ab und interpoliert zwischen den Wegpunkten. Drohnen, mobile Roboter und Industrieroboter nutzen dieses Prinzip. Adaptive Systeme passen Wegpunkte in Echtzeit an, sobald Hindernisse auftauchen.

Werkzeugwechsler

Ein Werkzeugwechsler ermöglicht dem Roboter, seinen Endeffektor automatisch zu tauschen. Pneumatische oder mechanische Kupplungen verbinden und lösen Werkzeuge in Sekundenschnelle. Ein Roboter kann dadurch in derselben Zelle schweißen, schleifen und messen.

Wiederholgenauigkeit (Repeatability)

Die Wiederholgenauigkeit gibt an, wie präzise ein Roboter dieselbe Position bei wiederholtem Anfahren trifft. Typische Werte liegen bei plus/minus 0,01 bis 0,1 Millimetern. Die Wiederholgenauigkeit unterscheidet sich von der Absolutgenauigkeit: Ein Roboter kann jedes Mal denselben Punkt treffen, aber systematisch daneben liegen.

YOLO (You Only Look Once)

YOLO ist eine Echtzeit Objekterkennungsarchitektur, die ein Bild in einem einzigen Durchlauf analysiert. Roboter nutzen YOLO für Bin Picking (Griff in die Kiste), Hindernisvermeidung und Qualitätskontrolle. Die Geschwindigkeit macht YOLO zur bevorzugten Wahl für Echtzeit Roboteranwendungen.

Zelle

Siehe Roboterzelle.

Zykluszeitoptimierung

Die Zykluszeitoptimierung reduziert die Dauer eines kompletten Arbeitsablaufs eines Roboters. Kürzere Zykluszeiten steigern den Durchsatz und senken die Stückkosten. Bereits eine Einsparung von 0,3 Sekunden pro Zyklus summiert sich bei Millionen von Wiederholungen zu erheblichen Produktivitätsgewinnen.

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Quellen (Auswahl)

IFR World Robotics Report 2025 – Quelle für Roboterdichte, Installationszahlen, Marktdaten https://ifr.org/worldrobotics
ISO 8373:2021 – Die Norm, auf die der Begriff „Industrieroboter“ im Glossar verweist https://www.iso.org/standard/75539.html
ROS 2 Documentation – Referenz für die ROS und Open Source Robotik Einträge https://docs.ros.org/en/rolling/