Die Dynamik untersucht Kräfte und deren Auswirkungen auf Bewegungen. In der Robotik beantwortet sie die Frage: Welches Drehmoment benötigt jedes Gelenk, um eine gewünschte Beschleunigung zu erzeugen? Die Kinematik beschreibt, wohin sich der Roboter bewegt. Die Dynamik beschreibt, was nötig ist, um dorthin zu gelangen.

Die Bewegungsgleichungen eines Roboters sind komplex. Sie berücksichtigen Trägheit, Corioliskräfte, Zentrifugalkräfte, Schwerkraft und Reibung. Ein sich schnell bewegender Roboterarm erfährt andere Kräfte als ein sich langsam bewegender. Bei einem humanoiden Roboter muss der Impuls jedes einzelnen Gliedes berücksichtigt werden. Die Lösung dieser Gleichungen in Echtzeit stellt eine große rechnerische Herausforderung dar.

Warum Dynamik wichtig ist

• Für eine präzise Drehmomentregelung ist ein dynamisches Modell erforderlich.
• Schnelle Bewegungen erfordern eine Vorwärtskompensation.
• Leichte Roboter reduzieren die Trägheitskräfte.
• Durch die Kompensation der Schwerkraft fühlen sich die Arme schwerelos an.
• Simulationen benötigen dynamische Modelle, um Realismus zu gewährleisten.

Die modellbasierte Regelung nutzt die dynamischen Gleichungen, um das für eine gewünschte Bewegung benötigte Drehmoment zu berechnen. Der Vorsteuerungsterm übernimmt den Großteil der Arbeit. Die Rückkopplung korrigiert Modellierungsfehler und Störungen. Ohne Berücksichtigung der Dynamik kann sich ein Roboter mithilfe der Positionsregelung zwar langsam bewegen, aber bei hohen Geschwindigkeiten kommt es zu Verzögerungen, Schwingungen oder Überschwingen. Die Dynamik beschreibt die Physik der Bewegung, und ihre Vernachlässigung schränkt die Möglichkeiten eines Roboters ein. Die besten Roboterkonstrukteure berücksichtigen die Dynamik bereits im ersten Entwurf, nicht erst im Nachhinein.