Über 35 Fachbegriffe aus Robotik, Künstlicher Intelligenz und Automatisierung – verständlich erklärt für Einsteiger und Experten.
35 Begriffe gefunden
ABB ist ein schweizerisch-schwedischer Technologiekonzern mit Hauptsitz in Zürich, der zu den weltweit führenden Herstellern von Industrierobotern und Automatisierungslösungen gehört. ABB-Roboter werden in der Automobilindustrie, Elektronikfertigung, Lebensmittelindustrie und Logistik eingesetzt. Das Unternehmen ist Pionier bei kollaborativen Robotern (YuMi) und hat massgeblich zur Entwicklung von Roboterstandards beigetragen.
Ein Aktuator ist ein Antriebselement, das elektrische, hydraulische oder pneumatische Energie in mechanische Bewegung umwandelt. In der Robotik werden Aktuatoren eingesetzt, um Gelenke, Greifarme und andere bewegliche Teile eines Roboters zu steuern. Typische Beispiele sind Elektromotoren, Servomotoren, Hydraulikzylinder und Pneumatikzylinder.
Ein autonomer Roboter ist ein Robotersystem, das Aufgaben selbstständig ausführen kann, ohne kontinuierliche menschliche Steuerung. Autonome Roboter nutzen Sensoren, Algorithmen und künstliche Intelligenz, um ihre Umgebung wahrzunehmen, Entscheidungen zu treffen und Aktionen auszuführen. Beispiele sind selbstfahrende Fahrzeuge, autonome Drohnen und humanoide Serviceroboter.
Boston Dynamics ist ein amerikanisches Robotik-Unternehmen, das 1992 als MIT-Spin-off gegründet wurde und seit 2021 zum Hyundai-Konzern gehört. Das Unternehmen ist bekannt für seine fortschrittlichen Laufroboter: Spot (Roboterhund), Atlas (humanoider Roboter) und Stretch (Lagerroboter). Boston Dynamics gilt als Technologieführer in der Roboterbewegung und Dynamik.
Ein Cobot (kollaborativer Roboter) ist ein Industrieroboter, der darauf ausgelegt ist, direkt neben Menschen zu arbeiten, ohne Schutzgitter oder Sicherheitszäune zu benötigen. Cobots sind mit Kraft-Momenten-Sensoren ausgestattet, die bei Kontakt mit Menschen sofort stoppen. Sie werden häufig in der Montage, Qualitätskontrolle und Logistik eingesetzt. Führende Hersteller sind Universal Robots, FANUC und ABB.
Computer Vision ist ein Teilbereich der KI, der Computern ermöglicht, digitale Bilder und Videos zu interpretieren und zu verstehen. In der Robotik wird Computer Vision für Objekterkennung, Gesichtserkennung, Tiefenschätzung, Greifpunktbestimmung und Qualitätskontrolle eingesetzt. Moderne Computer Vision basiert auf Convolutional Neural Networks (CNNs) und Transformer-Architekturen.
Deep Learning ist ein Teilbereich des maschinellen Lernens, der auf künstlichen neuronalen Netzen mit vielen Schichten (tiefen Netzen) basiert. In der Robotik ermöglicht Deep Learning die Bilderkennung, Sprachverarbeitung und autonome Entscheidungsfindung. Convolutional Neural Networks (CNNs) werden für Bildverarbeitung eingesetzt, während Recurrent Neural Networks (RNNs) für zeitliche Sequenzen genutzt werden.
DOF steht für Degrees of Freedom (Freiheitsgrade) und beschreibt die Anzahl der unabhängigen Bewegungsmöglichkeiten eines Roboters oder Robotergelenks. Ein menschlicher Arm hat etwa 7 DOF. Ein typischer Industrieroboterarm hat 6 DOF, was ihm ermöglicht, jeden Punkt im Raum in jeder Orientierung zu erreichen. Humanoide Roboter wie der Boston Dynamics Atlas haben 28–56 DOF.
Der End-Effektor (auch Werkzeugkopf oder Greifer) ist das Werkzeug am Ende eines Roboterarms, das direkt mit der Umgebung interagiert. End-Effektoren können Greifer, Schweissköpfe, Bohrer, Kameras oder Saugnäpfe sein. Die Wahl des End-Effektors bestimmt massgeblich, welche Aufgaben ein Roboter ausführen kann. Adaptive Greifer können verschiedene Objektformen handhaben.
Ein Exoskelett ist eine tragbare Roboterstruktur, die den menschlichen Körper unterstützt oder verstärkt. Medizinische Exoskelette helfen gelähmten Patienten beim Gehen (ReWalk, Ekso). Industrielle Exoskelette reduzieren die körperliche Belastung bei schwerer Arbeit. Militärische Exoskelette erhöhen die Tragkraft von Soldaten. Schweizer Unternehmen wie Hocoma entwickeln Rehabilitations-Exoskelette.
FANUC ist ein japanischer Hersteller von Industrierobotern, CNC-Systemen und Fabrikautomatisierungslösungen mit Hauptsitz in Oshino, Japan. Das Unternehmen ist einer der weltweit grössten Roboterhersteller und bekannt für seine gelben Industrieroboter. FANUC-Roboter werden in der Automobilindustrie, Elektronikfertigung und Lebensmittelverarbeitung eingesetzt.
Siehe DOF (Degrees of Freedom). Ein Freiheitsgrad beschreibt eine unabhängige Bewegungsmöglichkeit in einem mechanischen System. Translatorische Freiheitsgrade erlauben lineare Bewegungen (vor/zurück, links/rechts, oben/unten), rotatorische Freiheitsgrade erlauben Drehbewegungen (Rollen, Nicken, Gieren).
Ein Greifer ist ein mechanisches Gerät am Ende eines Roboterarms, das Objekte aufnehmen, halten und ablegen kann. Es gibt verschiedene Greifer-Typen: Parallelgreifer (zwei parallele Backen), Dreifinger-Greifer (für runde Objekte), Vakuumgreifer (Saugnäpfe für flache Oberflächen) und adaptive Greifer (passen sich verschiedenen Formen an). Weiche Greifer aus flexiblen Materialien eignen sich für empfindliche Objekte.
Ein humanoider Roboter ist ein Roboter mit einer menschenähnlichen Körperform, bestehend aus Kopf, Rumpf, zwei Armen und zwei Beinen. Humanoide Roboter sind darauf ausgelegt, in menschlichen Umgebungen zu operieren und menschliche Werkzeuge zu verwenden. Bekannte Beispiele sind Boston Dynamics Atlas, Tesla Optimus, Figure 01 und Unitree H1. Der globale Markt für humanoide Roboter wird bis 2035 auf 38 Milliarden USD geschätzt.
Ein Industrieroboter ist ein automatisch gesteuerter, programmierbarer Mehrzweckmanipulator, der in der industriellen Fertigung eingesetzt wird. Industrieroboter werden für Schweissen, Lackieren, Montage, Palettierung und Materialhandhabung verwendet. Sie arbeiten typischerweise in abgesperrten Bereichen hinter Sicherheitsgittern. Die grössten Hersteller sind FANUC, ABB, KUKA und Yaskawa.
Die inverse Kinematik (IK) ist ein mathematisches Verfahren, das berechnet, welche Gelenkwinkel eines Roboterarms eingestellt werden müssen, um den End-Effektor an eine gewünschte Position im Raum zu bewegen. Im Gegensatz zur Vorwärtskinematik (die aus Gelenkwinkeln die Position berechnet) löst die IK das umgekehrte Problem. IK-Algorithmen sind fundamental für die Roboterprogrammierung und Bewegungsplanung.
Künstliche Intelligenz (KI) bezeichnet die Simulation menschlicher Intelligenz durch Computersysteme. In der Robotik ermöglicht KI autonome Entscheidungsfindung, Objekterkennung, Sprachverarbeitung und Lernfähigkeit. Moderne Roboter nutzen KI-Technologien wie Deep Learning, Reinforcement Learning und Computer Vision, um komplexe Aufgaben in unstrukturierten Umgebungen zu bewältigen.
Die Kinematik ist die Lehre von der Bewegung mechanischer Systeme ohne Berücksichtigung der Kräfte. In der Robotik beschreibt die Kinematik die geometrischen Beziehungen zwischen den Gelenken und dem End-Effektor eines Roboterarms. Die Vorwärtskinematik berechnet die Position des End-Effektors aus den Gelenkwinkeln; die inverse Kinematik löst das umgekehrte Problem.
KUKA ist ein deutsches Unternehmen mit Hauptsitz in Augsburg, das Industrieroboter, Robotersysteme und Automatisierungslösungen herstellt. KUKA-Roboter sind bekannt für ihre orangefarbene Lackierung und werden in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik eingesetzt. Das Unternehmen gehört seit 2016 zum chinesischen Midea-Konzern.
LiDAR (Light Detection and Ranging) ist ein Fernerkundungsverfahren, das Laserpulse aussendet und die Laufzeit des reflektierten Lichts misst, um präzise 3D-Karten der Umgebung zu erstellen. In der Robotik und bei autonomen Fahrzeugen ist LiDAR ein zentraler Sensor für die Umgebungswahrnehmung und Navigation. LiDAR-Sensoren können Objekte bis zu 200 Meter Entfernung mit Zentimetergenauigkeit erfassen.
Maschinelles Lernen (ML) ist ein Teilbereich der KI, bei dem Algorithmen aus Daten lernen, ohne explizit programmiert zu werden. In der Robotik ermöglicht ML Robotern, Aufgaben durch Erfahrung zu verbessern. Überwachtes Lernen nutzt beschriftete Trainingsdaten, unüberwachtes Lernen findet Muster in unbeschrifteten Daten, und Reinforcement Learning lernt durch Versuch und Irrtum mit Belohnungssignalen.
Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) bezeichnet die direkte Zusammenarbeit von Menschen und Robotern im gleichen Arbeitsraum ohne trennende Schutzeinrichtungen. MRK-Systeme müssen strenge Sicherheitsanforderungen erfüllen (ISO/TS 15066) und sind mit Kraft-Momenten-Sensoren, Kameras und Sicherheits-PLCs ausgestattet. Cobots sind die häufigste Form von MRK-Robotern.
Odometrie ist eine Methode zur Schätzung der Position und Orientierung eines mobilen Roboters durch Integration der Bewegungsdaten (Radencoder, IMU). Die Odometrie akkumuliert jedoch Fehler über Zeit (Drift), weshalb sie meist mit anderen Lokalisierungsmethoden wie SLAM kombiniert wird. Visuelle Odometrie nutzt Kamerabilder statt Radencodern.
Die Payload (Nutzlast) eines Roboters bezeichnet das maximale Gewicht, das der Roboter sicher handhaben kann. Die Payload umfasst das Gewicht des End-Effektors plus das zu handhabende Objekt. Cobots haben typischerweise eine Payload von 3–20 kg, Industrieroboter können bis zu mehrere Tonnen heben. Die Payload ist ein entscheidendes Auswahlkriterium bei der Roboterauswahl.
Physical AI bezeichnet KI-Systeme, die in der physischen Welt agieren und mit ihr interagieren – im Gegensatz zu rein digitalen KI-Systemen. Der Begriff wurde von NVIDIA und Tesla geprägt und beschreibt die nächste Generation von Robotern, die durch Foundation Models und grosse Trainingsdatensätze lernen, komplexe physische Aufgaben zu bewältigen. Physical AI ist die Grundlage für humanoide Roboter der nächsten Generation.
Reinforcement Learning (RL) ist ein maschinelles Lernverfahren, bei dem ein Agent durch Interaktion mit seiner Umgebung lernt, indem er für gute Aktionen belohnt und für schlechte bestraft wird. In der Robotik wird RL eingesetzt, um Laufbewegungen, Greifstrategien und Navigationsverhalten zu optimieren. Boston Dynamics und DeepMind haben RL erfolgreich für Roboterbewegungen eingesetzt.
Ein Roboterarm ist ein mechanischer Manipulator, der aus mehreren Gelenken und Gliedern besteht und die Beweglichkeit eines menschlichen Arms nachahmt. Roboterarme werden in der Industrie für Schweissen, Montage, Lackieren und Materialhandhabung eingesetzt. Die Reichweite, Tragkraft und Präzision variieren je nach Anwendung. Führende Hersteller sind ABB, KUKA, FANUC und Universal Robots.
ROS (Robot Operating System) ist ein Open-Source-Framework für die Robotikentwicklung, das Werkzeuge, Bibliotheken und Konventionen für die Erstellung von Robotersoftware bereitstellt. ROS ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Softwarekomponenten (Nodes) über ein Publish-Subscribe-System. ROS 2 ist die aktuelle Version mit verbesserter Echtzeit-Unterstützung und Sicherheit. Unitree-Roboter sind ROS2-kompatibel.
Sensorik bezeichnet die Gesamtheit der Sensoren eines Roboters, die Informationen über die Umgebung und den eigenen Zustand erfassen. Typische Robotersensoren sind Kameras (RGB, Tiefe), LiDAR, Ultraschall, Kraft-Momenten-Sensoren, IMU (Inertialmesseinheit), Encoders und Taktilsensoren. Die Qualität der Sensorik bestimmt massgeblich die Fähigkeiten eines autonomen Roboters.
Ein Servomotor ist ein elektrischer Motor mit integriertem Positionsregler, der präzise Winkel- oder Positionssteuerung ermöglicht. Servomotoren werden in Roboterarmen, CNC-Maschinen und Cobots eingesetzt, da sie genaue Bewegungssteuerung bei hoher Dynamik bieten. Brushless DC Servomotoren (BLDC) sind besonders effizient und wartungsarm.
SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) ist ein Verfahren, bei dem ein Roboter gleichzeitig eine Karte seiner Umgebung erstellt und sich darin lokalisiert. SLAM ist fundamental für autonome mobile Roboter und selbstfahrende Fahrzeuge. Varianten sind LiDAR-SLAM, Visual SLAM (vSLAM) und RGB-D SLAM. Bekannte SLAM-Algorithmen sind GMapping, Cartographer und ORB-SLAM.
Teleoperation bezeichnet die Fernsteuerung eines Roboters durch einen menschlichen Operator über eine Kommunikationsverbindung. Teleoperierte Roboter werden in gefährlichen Umgebungen (Kernkraftwerke, Minen, Unterwasser), in der Chirurgie (da Vinci-System) und in der Raumfahrt eingesetzt. Haptisches Feedback ermöglicht dem Operator, Kräfte und Texturen zu spüren.
Unitree Robotics ist ein chinesisches Unternehmen mit Hauptsitz in Hangzhou, das Roboterhunde (Go1, Go2, B2) und humanoide Roboter (H1, G1, H2) herstellt. Unitree ist bekannt für sein aggressives Preis-Leistungs-Verhältnis: Der G1 kostet ab CHF 16.000, der H1 ab CHF 90.000. Alle Unitree-Roboter sind ROS2-kompatibel und Open-Source-freundlich. Der R1 wurde 2025 als TIME Best Invention ausgezeichnet.
Wahrnehmung (Perception) bezeichnet die Fähigkeit eines Roboters, seine Umgebung durch Sensoren zu erfassen und die Rohdaten in bedeutungsvolle Informationen umzuwandeln. Die Wahrnehmungspipeline umfasst Sensordatenerfassung, Vorverarbeitung, Merkmalsextraktion, Objekterkennung und Szenenverständnis. Eine robuste Wahrnehmung ist Voraussetzung für autonomes Handeln.