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Robotik-Grundlagen September 7, 2026

Einführung in hydraulische Systeme – Vom Pascalschen Prinzip zur Kraftregelung in Robotern

Warum kann ein kleiner Input den massiven Arm eines Hydraulikbaggers bewegen? Dieser Artikel behandelt Pumpe, Steuerventile, Zylinder, Hydraulikflüssigkeit, Sensoren und Steuerung als einen einzigen geschlossenen Regelkreis und behandelt die Gleichungen für Druck, Durchfluss und Wirkungsgrad, die aktuelle Technologie im Bau- und Landmaschinenbereich sowie die elektrohydraulische Umwandlung und aktuelle Forschung, illustriert durch Diagramme.

Fundamentals · 8 Min. Lesezeit Bestärkendes Lernen September 4, 2026

Einführung in das Multi-Agent Reinforcement Learning – Optimierung in einer Welt, in der auch die Gegenseite lernt

Wenn mehrere Agenten gleichzeitig lernen, ist ein Einzelagenten-MDP nicht mehr anwendbar. Dieser Artikel behandelt Nichtstationarität, kooperative/kompetitive/gemischte Umgebungen, CTDE, das Kreditvergabeproblem sowie MADDPG und QMIX anhand von Gleichungen und Diagrammen.

Fundamentals · 8 Min. Lesezeit Sensoren und Hardware September 4, 2026

Funktionsweise von Drehgebern – Optische und magnetische

Wir vergleichen die beiden Funktionsprinzipien des Drehgebers – den optischen, der die Position durch Unterbrechung von Licht erfasst, und den magnetischen, der die Richtung eines Magnetfelds erfasst – mit denen des Wellenwinkel- und Drehzahlsensors eines Motors.

Fundamentals · 12 Min. Lesezeit Sensoren und Hardware September 4, 2026

Funktionsweise von Temperatursensoren und die Produkte, die diese Kategorie definieren – Thermoelemente, PT100, DS18B20

„Jeder Temperatursensor erfüllt im Prinzip dieselbe Funktion – er wandelt Wärme in ein elektrisches Signal um. Die zugrundeliegende Physik lässt sich jedoch in vier separate Gruppen unterteilen: den Seebeck-Effekt bei Thermoelementen, die Widerstands-Temperatur-Beziehung bei Widerstandsthermometern und Thermistoren, das Bandlückenverhalten von Halbleiter-ICs und das Stefan-Boltzmann-Gesetz, das Infrarot-Thermometern zugrunde liegt. Dieser Artikel zeichnet die Geschichte nach, von Seebecks Missverständnis im Jahr 1821 über die Callendar-Van-Dusen-Gleichung zur Kalibrierung von PT100-Sensoren bis hin zu einem Spezifikationsvergleich realer ICs wie DS18B20, TMP117 und MLX90614 sowie einem Anwendungsbeispiel: Ein Formel-1-Rennwagen misst die Reifentemperatur mit zwölf berührungslosen Infrarotsensoren.“

Fundamentals · 16 Min. Lesezeit Regelungstechnik September 3, 2026

Einführung in die Regelungstechnik: Zustandsbeobachter und der lineare Kalman-Filter

Sensormesswerte stellen nicht den Zustand selbst dar. Diese Einführung erläutert Beobachtbarkeit, Kalman-Vorhersage-/Aktualisierungsgleichungen, Kovarianz, numerische Beispiele, Regelungstechnikintegration, Roboterimplementierung und fehlersicheres Verhalten.

Fundamentals · 6 Min. Lesezeit Regelungstechnik September 3, 2026

Grundlagen der Regelungstechnik: LQR – Zustandsrückführung durch explizite Prioritäten

LQR leitet die Zustandsrückkopplungsverstärkungen aus einem Zustandsraummodell und einer quadratischen Kostenfunktion ab. Diese Einführung behandelt Riccati-Gleichungen, Beobachtbarkeit, PID/MPC-Abwägungen, Roboterimplementierung, numerische Intuition und Sicherheit.

Fundamentals · 5 Min. Lesezeit Regelungstechnik September 3, 2026

Einführung in die Regelungstechnik: Modellprädiktive Regelung – Handeln innerhalb von Beschränkungen

Die modellprädiktive Regelung (MPC) prognostiziert das zukünftige Verhalten mithilfe eines Modells, optimiert eine beschränkte Eingangssequenz, wendet nur den ersten Schritt an und wiederholt den Vorgang. Diese Einführung behandelt Gleichungen, Parametrierung, Sicherheit, Implementierung und aktuelle Anwendungsbeispiele.

Fundamentals · 6 Min. Lesezeit Regelungstechnik September 3, 2026

Einführung in die Regelungstechnik: Pfadplanung – A*, Dijkstra, RRT, RRT* und PRM

Pfadplanung bedeutet nicht einfach nur, die kürzeste Linie zu zeichnen. Diese Einführung vergleicht Algorithmen für Gitter- und kontinuierliche Räume unter Berücksichtigung des Roboter-Flächenbedarfs, der Kartenunsicherheit, des Rechenaufwands, der SLAM/Nav2-Integration und der Sicherheit.

Fundamentals · 6 Min. Lesezeit Regelungstechnik September 3, 2026

Grundlagen der Regelungstechnik: PID-Regelung – Arbeiten über drei Zeitskalen hinweg

PID-Regler bestehen nicht einfach nur aus drei Verstärkungsfaktoren. Diese Einführung verknüpft seine Intuition und Gleichungen mit Abtastung, Sättigung, Anti-Windup, Optimierung, Sicherheit, ROS 2 und praktischen Implementierungsprüfungen.

Fundamentals · 7 Min. Lesezeit Regelungstechnik September 3, 2026

Grundlagen der Regelungstechnik: Trajektorienerzeugung – Minimaler Ruck, Quintiken und Trapezprofile

Ein Pfad gibt den Weg vor; eine Trajektorie legt fest, wann und mit welcher Geschwindigkeit, Beschleunigung und welchem Ruck. Diese Einführung behandelt ruckminimale, quintische und trapezförmige Profile, Randbedingungen, Sicherheitsaspekte und die Integration in ROS 2.

Fundamentals · 5 Min. Lesezeit Bildverarbeitung September 3, 2026

VO/VIO-Einführung – Eine praktische Grundlage für die Bewegungsschätzung mit einer Kamera und einem IMU

Visuelle Odometrie (VO) und visuell-inertiale Odometrie (VIO) schätzen die relative Bewegung eines Roboters oder einer Kamera anhand einer Bildsequenz und inertialer Messungen. Dieser Artikel behandelt monokulare Skalenmehrdeutigkeiten, die IMU-Vorintegration, Initialisierung, Filterung versus Optimierung, Implementierungen wie VINS-Mono und OpenVINS, Bewertungsmetriken und Fehlerbedingungen – mathematisch erklärt und anhand von Diagrammen veranschaulicht.

Fundamentals · 16 Min. Lesezeit Bestärkendes Lernen September 3, 2026

Einführung in das Reinforcement Learning: Imitationslernen und inverses Reinforcement Learning

Verhaltensklonierung, DAgger und inverses Reinforcement Learning nutzen Demonstrationen, wenn Belohnungen schwer zu formulieren sind. Diese Einführung behandelt Kovariatenverschiebung, Belohnungsinferenz, VLA-Verbindungen, Evaluierung, Sicherheit und Datenherkunft.

Fundamentals · 5 Min. Lesezeit Bestärkendes Lernen September 3, 2026

Grundlagen des bestärkenden Lernens – MDPs, Bellman-Gleichungen und Exploration für Roboter

Reinforcement Learning ist ein geschlossener Kreislauf, in dem ein Agent auf Basis von Beobachtungen Aktionen auswählt und verzögerte Belohnungen maximiert. Diese Einführung erklärt Markov-Entscheidungsprozesse (MDPs), Wertfunktionen, Strategien, Bellman-Gleichungen, Exploration versus Exploitation, Belohnungsdesign und den Weg von der Simulation zum realen Roboter.

Fundamentals · 6 Min. Lesezeit Bestärkendes Lernen September 3, 2026

Q-Learning und DQN – Von einer Q-Tabelle zu Deep Reinforcement Learning

Q-Learning aktualisiert Aktionswerte anhand des Bellman-Optimalitätsziels. Diese Einführung beschreibt den Weg von einer tabellarischen Q-Tabelle zu einem Deep Q-Netzwerk und erklärt Experience Replay, Zielnetzwerke, Überschätzung und sichere Platzierung in einem Roboterstapel.

Fundamentals · 5 Min. Lesezeit Robotik-Grundlagen September 3, 2026

ROS 2-Einführung – Sichere Verteilung der Robotersteuerung auf Knoten, Themen und DDS

ROS 2 ist eine Middleware für Robotik, die Sensorik, Wahrnehmung, Planung und Steuerung in separate Prozesse aufteilt und diese über DDS-Kommunikation verbindet. Dieser Artikel behandelt Knoten, Themen, Dienste, Aktionen, QoS, TF2, Lebenszyklus, Implementierung und Debugging sowie die Unterschiede zu ROS 1 und wichtige Hinweise für den praktischen Einsatz. Diagramme veranschaulichen die Vorgehensweise.

Fundamentals · 5 Min. Lesezeit Sensoren und Hardware September 3, 2026

Funktionsweise von Aktuatoren – BLDC-, Schritt- und Servomotoren

Wir vergleichen die Aktuatoren, die als „Muskeln“ eines Roboters dienen, aus drei Perspektiven: den BLDC-Motor, den Schrittmotor und den Servomotor. Diese drei Kategorien sind eigentlich nicht parallel zu betrachten; Motorkonstruktion (BLDC/Schrittmotor) und Steuerungsarchitektur (Servo) sind zwei unterschiedliche Aspekte, die oft vermischt werden. Indem wir diese Verwirrung auflösen, verfolgen wir die tatsächlichen Kompromisse zwischen Drehmoment, Ansprechverhalten und Steuerung – von NASAs Problem des Bürstenverschleißes im Vakuum bis hin zur Entstehung von Wieners Kybernetik.

Fundamentals · 14 Min. Lesezeit Sensoren und Hardware September 3, 2026

Funktionsweise von Eventkameras (DVS) und wichtige Produkte – Prophesee, iniVation

Anders als herkömmliche Kameras, die kontinuierlich Einzelbilder in festen Intervallen aufnehmen, erfassen Ereigniskameras (Dynamic Vision Sensor, DVS) von jedem Pixel unabhängig den Moment seiner Helligkeitsänderung in Mikrosekundenauflösung. Wir verfolgen die Entwicklung der realen Chips – Prophesee Metavision, iniVation DVXplorer/DAVIS, Samsung DVS-Gen4 – von der Forschung zur Silizium-Retina im Jahr 1988 bis zur Übernahme durch iniVation im Jahr 2024, den Datensatz DSEC für autonomes Fahren mit Stereo-Ereigniskameras sowie die SLAM-Forschung an Bord von UAVs.

Fundamentals · 12 Min. Lesezeit Sensoren und Hardware September 3, 2026

Funktionsweise von Magnetometern und die wichtigsten Produkte – Bosch, ST, Honeywell

Das Magnetometer, das die Richtung des Erdmagnetfelds misst, um den Kurs zu bestimmen, ist der einzige Sensor, der, solange er mit Strom versorgt wird, kontinuierlich eine absolute Richtungsreferenz liefert – vom elektronischen Kompass eines Smartphones über die Gierwinkelkorrektur einer Drohne bis hin zur Lageregelung eines CubeSat. Dieser Artikel erläutert die vier zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien – den Hall-Effekt, AMR, GMR und Fluxgate-Effekt –, vergleicht die Spezifikationen realer Chips wie Bosch BMM150, STMicroelectronics LIS3MDL und Honeywell HMC5883L, behandelt den Hart-/Weicheisenfehler und dessen Kalibrierung, die AHRS-Sensorfusion mit einer IMU sowie die Geschichte der Technologie von der Erzprospektion über die U-Boot-Jagd im Zweiten Weltkrieg und die Mondforschung bis hin zur heutigen Lageregelung von CubeSats.

Fundamentals · 14 Min. Lesezeit Sensoren und Hardware September 2, 2026

Funktionsweise von Akkus und Batteriemanagementsystemen – Molicel, DJI, Samsung SDI

Die Reichweite und Sicherheit eines Roboters oder einer Drohne hängen nicht vom Motor oder der Sensorik ab, sondern vom Akku und seinem Batteriemanagementsystem (BMS). Wir vergleichen die technischen Daten von Molicels Hochleistungszellen, DJIs intelligenten Flugakkus und Samsung SDIs Vorstoß in Richtung Festkörperbatterien der nächsten Generation – von der Elektrochemie von Lithium-Ionen-Zellen bis hin zu Zellausgleichs- und Schutzschaltungen. Dabei beleuchten wir auch, was der Brand der Boeing 787 der Branche über die Grenzen eines BMS gelehrt hat.

Fundamentals · 12 Min. Lesezeit Sensoren und Hardware September 2, 2026

Funktionsweise von Einplatinencomputern und wichtige Produkte – Raspberry Pi 5, Jetson, Coral

Wir vergleichen eingebettete Computer, die als „Gehirn“ von Robotern dienen, anhand dreier Designphilosophien: dem universellen SoC des Raspberry Pi 5, dem GPU-integrierten KI-Computer NVIDIA Jetson Orin und dem dedizierten ASIC von Google Coral. Wir beleuchten die Bedeutung der Effizienzkennzahl TOPS/W, die Gründe für die Wahl eines universellen SoC im Newbot-Projekt und die ab 2026 zu erwartende DRAM-Knappheit in KI-Rechenzentren, die den Markt für Hobby-SBCs treffen wird.

Fundamentals · 13 Min. Lesezeit Technologietrends August 26, 2026

Technologietrends in der VLA (Vision-Language-Action)

Vision-Language-Action (VLA) integriert Kameraeingaben und natürlichsprachliche Anweisungen in ein einziges Modell, das Roboteraktionen direkt ausgibt. Von RT-2 über OpenVLA bis hin zur π0-Linie von Physical Intelligence – ein Überblick über die Verbreitung einer Designphilosophie, die Wahrnehmung und Steuerung nicht trennt.

Trends · 9 Min. Lesezeit Sensoren und Hardware August 10, 2026

Funktionsweise von IMUs und wichtige Produkte – Xsens, Bosch, Analog Devices

„Eine IMU kombiniert einen Beschleunigungsmesser mit einem Gyroskop, um die translatorische Beschleunigung und die Rotationsgeschwindigkeit eines Fahrzeugs direkt zu erfassen. Im Gegensatz zu Kameras oder LiDAR ist sie von nichts Externem abhängig – doch diese Unabhängigkeit hat einen unvermeidlichen Nachteil: Mit der Zeit akkumulieren sich Fehler (Drift). Wir erläutern das Prinzip des MEMS-Gyroskops, die Allan-Varianz-Rauschanalyse, die Leistungsskala von Consumer-Chips bis hin zu Navigationsmodulen und die Produktstrategie der MTi-Serie von Xsens.“

Fundamentals · 10 Min. Lesezeit Sensoren und Hardware August 4, 2026

Funktionsweise von Tiefenkameras und wichtige Produkte – RealSense, Kinect, Orbbec

Aktives Stereo projiziert ein Muster mit einem Infrarotstrahler und führt Stereo-Matching durch; strukturiertes Licht misst die Tiefe anhand der Verzerrung eines bekannten Musters; Laufzeitmessung ermittelt die Entfernung direkt aus einer Phasenverschiebung – drei parallel existierende Ansätze für Tiefenkameras. Wir betrachten die Prinzipien hinter jedem dieser Verfahren und praktische Beispiele der Intel RealSense D435i, Microsoft Kinect, Orbbec Femto Bolt und iPhone TrueDepth und verfolgen, wie die Technologie des israelischen Startups PrimeSense die Entwicklung von Kinect ermöglichte, von Apple übernommen wurde und schließlich als Face ID wiedergeboren wurde.

Fundamentals · 8 Min. Lesezeit