Verhaltensbasierte Robotik (eBook)

Entwicklung intelligenter Systeme für adaptives Lernen und Interaktion

Fouad Sabry (Autor)

eBook Download: EPUB

2024 | 1. Auflage
207 Seiten
Eine Milliarde Sachkundig [German] (Verlag)
978-0-00-068646-6 (ISBN)

Infos

1: Verhaltensbasierte Robotik: Stellt die Prinzipien vor, die verhaltensbasierte Systeme in der Robotik leiten.

2: Subsumptionsarchitektur: Erforscht eine mehrschichtige Architektur zum Erstellen komplexer Roboterverhalten.

3: BEAM-Robotik: Erörtert einfache, effiziente Roboter, die biologisches Verhalten nachahmen sollen.

4: Bioinspiriertes Computing: Untersucht, wie biologische Systeme rechnergestützte Ansätze in der Robotik inspirieren.

5: Luc Steels: Hebt Beiträge dieses bedeutenden Forschers zur Robotik und Sprachentwicklung hervor.

6: Soziale Simulation: Untersucht, wie soziale Interaktionen zwischen Agenten verhaltensbasierte Designs beeinflussen.

7: Rodney Brooks: Behandelt die revolutionären Ideen dieses Pioniers der Robotik.

8: Simultane Lokalisierung und Kartierung: Erklärt Methoden, mit denen ein Roboter Umgebungen navigieren und kartieren kann.

9: Multiagentensystem: Erörtert Systeme, in denen mehrere Roboter interagieren und zusammenarbeiten.

10: Physisches Symbolsystem: Erforscht, wie physische Entitäten Symbole zur Problemlösung manipulieren können.

11: Modellbasiertes Denken: Analysiert Denkprozesse in Robotern anhand interner Modelle der Umgebung.

12: Intelligenter Agent: Definiert Agenten, die in dynamischen Umgebungen autonom agieren können.

13: Verkörperte Kognitionswissenschaft: Verbindet physische Verkörperung und kognitive Prozesse in der Robotik.

14: Nouvelle AI: Stellt neue Ansätze der künstlichen Intelligenz vor, die die verhaltensbasierte Robotik beeinflussen.

15: Aktivitätserkennung: Erörtert Techniken, mit denen Roboter menschliche Aktivitäten erkennen und darauf reagieren können.

16: Lehrlingslernen: Erforscht, wie Roboter durch die Beobachtung anderer lernen können.

17: Situierter Ansatz (künstliche Intelligenz): Betont die Bedeutung des Kontexts bei der Entscheidungsfindung durch KI.

18: Der Gewinner bekommt alles bei der Aktionsauswahl: Erklärt Entscheidungsprozesse in Wettbewerbsumgebungen.

19: Elmer und Elsie (Roboter): Fallstudie bestimmter Roboter, die verhaltensbasierte Prinzipien demonstriert.

20: Symbolische künstliche Intelligenz: Untersucht die Rolle von Symbolen in den kognitiven Fähigkeiten von Robotern.

21: Dezentrales System: Bespricht die Vorteile dezentraler Architekturen in Robotersystemen.

Textauszug

Kapitel 3 : BEAM Robotik

Die Robotik in der BEAM-Tradition (Biologie, Elektronik, Ästhetik und Mechanik) verzichtet auf die Verwendung eines Mikroprozessors und setzt stattdessen auf einfachere analoge Schaltkreise wie Komparatoren, um neuartige mechanische Formen zu schaffen. Die BEAM-Robotik ist zwar nicht so anpassungsfähig wie mikroprozessorbasierte Roboter, kann aber zuverlässig und effektiv sein, wenn sie für den vorgesehenen Zweck eingesetzt wird.

Um besser auf ihre Arbeitsumgebung reagieren zu können, können BEAM-Roboter eine Reihe analoger Schaltkreise verwenden, die biologische Neuronen nachahmen.

Die Grundlage von BEAM ist die Fähigkeit einer Maschine, auf Reize zu reagieren. Der zugrundeliegende Mechanismus, bei dem der Schaltkreis (oder ein Nv-Netz von Nv-Neuronen) verwendet wird, um biologisches Neuronenverhalten zu simulieren, wurde von Mark W. Tilden erfunden. Ed Rietman veröffentlichte eine Reihe von Experimenten zu künstlichen neuronalen Netzen, die an diese Arbeit erinnerten. Die Schaltung von Tilden ähnelt einem Schieberegister, weist jedoch einige wichtige Verbesserungen auf, die sie für den Einsatz in einem mobilen Roboter besser geeignet machen.

Enthaltene zusätzliche Regelungen (und in unterschiedlichem Maße angewendet):

Reduzieren Sie die Anzahl der elektronischen Bauteile, die Sie verwenden, so weit wie möglich ("keep it simple")

Wiederverwendung und Recycling von Technoschrott

Nutzen Sie Lichtstrahlen (z. B. Solarenergie)

Viele BEAM-Roboter sind mit kleinen Solarzellen ausgestattet, um eine "Solarmaschine" anzutreiben, wodurch sie vollständig autonom und in einer Vielzahl von Beleuchtungsumgebungen eingesetzt werden können. Zusätzlich zu Tildens grundlegender Rechenschicht "Nervous Networks" hat BEAM eine Fülle neuer Ressourcen für Robotiker hinzugefügt. Die BEAM-Community hat eine Vielzahl von Schaltkreisen dokumentiert und geteilt, darunter die "Solar Engine"-Schaltung, zahlreiche H-Brücken-Schaltungen für die Steuerung kleiner Motoren, taktile Sensordesigns und Techniken für den Bau von mesoskaligen (handtellergroßen) Robotern.

Die BEAM-Robotik, die sich an Rodney Brooks' "reaktionsbasierten" Ansätzen orientiert, versucht, die Eigenschaften und Handlungen von Lebewesen nachzuahmen, um die von ihr geschaffenen "wilden" Roboter zu zähmen. Die Ästhetik der BEAM-Roboter basiert auf dem Prinzip "Form folgt Funktion", das dann durch die Entscheidungen des Designers modifiziert wird, während er daran arbeitet, die beabsichtigte Funktionalität des Roboters zu implementieren.

Die wahre Bedeutung von BEAM ist offen für Interpretationen. Biologie, Elektronik, Kunst und Mechanik sind die gebräuchlichsten Interpretationen.

Mark Tilden verwendete diesen Begriff erstmals 1990 in einer Podiumsdiskussion am Ontario Science Center. Mark zeigte einige der einzigartigen Roboter, die er während seiner Arbeit dort entwickelt hatte.

Viele andere, weniger gebräuchliche Namen sind jedoch in Gebrauch:

Biotechnologie Ethologie Analogie Morphologie

Konstruktion von Anarchie, Evolution und Modularität

Im Gegensatz zu vielen anderen Mikrocontroller-basierten Roboterarchitekturen basieren BEAM-Roboter auf der Idee mehrerer einfacher Verhaltensweisen, die mit minimaler Signalkonditionierung direkt mit Sensorsystemen verbunden sind. Die bahnbrechende Arbeit "Vehicles: Experiments in Synthetic Psychology" teilt ähnliche Designprinzipien. Dieses Buch befasst sich mit der Frage, wie einfache inhibitorische und erregende Sensorverbindungen zu den Aktuatoren durch eine Reihe von Gedankenexperimenten zur Entwicklung komplexer Roboterverhaltensweisen führen können. Aufgrund der hardwarezentrierten Designphilosophie auf sehr niedrigem Niveau sind Mikrocontroller und Computerprogrammierung in der Regel nicht in einem herkömmlichen ("reinen") BEAM-Roboter enthalten.

Die Kombination der beiden Technologien hat zu erfolgreichen Roboterkonstruktionen geführt. Diese "Hybride", wie die "Pferd-und-Reiter"-Topologie BEAMbots, erfüllen die Nachfrage nach robusten Steuerungssystemen und bieten gleichzeitig die Flexibilität, die die dynamische Programmierung bietet (z. B. der ScoutWalker 3). Die traditionelle BEAM-Technologie wird verwendet, um das Verhalten des Pferdes zu implementieren, aber ein Mikrocontroller-basierter "Reiter" kann dieses Verhalten steuern, um die Ziele des Reiters zu erreichen.

BEAMbots gibt es in vielen "-trope"-Varianten, jede mit ihren eigenen Zielen, die sie zu erreichen hofft. Die Phototropen sind die gebräuchlichsten der Serie, da ein solarbetriebener Roboter am meisten von einem lichtsuchenden Verhalten profitieren würde.

Die audiotrope Reaktion.

Audiophile fühlen sich zu Wiedergabegeräten hingezogen.

Diejenigen, die audiophob sind, vermeiden Lärm.

"Lichtsuchende" Phototrope werden von der Beleuchtung angezogen.

Licht zieht Photophile an, auch Photovoren genannt.

Diejenigen, die photophob sind, meiden helles Licht.

Radiotrope reagieren empfindlich auf Radiowellen.

Enthusiasten von Hochfrequenzstrahlung (HF) neigen dazu, sich in der Nähe solcher Geräte zu versammeln.

Wer Angst vor hochfrequenter Strahlung hat, meidet sie.

Thermotrope sind Temperatursensoren.

Thermophile werden von hohen Temperaturen angezogen.

Wer Angst vor Hitze hat, meidet sie.

BEAMbots können sich auf verschiedene Arten bewegen und positionieren. Dazu gehören:

Roboter, die still sitzen und nichts tun, werden als "Sitter" bezeichnet..

Beacons: Senden Sie ein Signal aus (typischerweise einen Richtungsblitz), das andere BEAMbots nutzen können, um ihren Weg zu finden.

Pummers, lege für uns eine "Lichtshow" oder eine musikalische Sequenz auf. Pummer sind in der Regel solarbetriebene Nachtroboter, die tagsüber Energie speichern.

Ornamente sind ein Oberbegriff für Tischaccessoires, die keine Leuchtfeuer und Pummer sind. Dies sind typische Beispiele für elektronische Kunst.

Squirmer sind interessante, stationäre Roboter, die sich winden (normalerweise durch Bewegen von Gliedmaßen oder Gliedmaßen).

Magbots: Animieren sich selbst mit Magnetfeldern.

Fahnenschwinger sind Menschen, die die Position eines Schildes (oder einer "Flagge") in einem festgelegten Intervall ändern.

Drehen Sie sich und bewegen Sie sich in Richtung eines leicht beobachtbaren Objekts, wie ein Lichtblitz. (In der BEAM-Subkultur sind diese recht häufig. Sie können als eigenständige Roboter funktionieren, sind aber häufiger als Komponenten größerer Maschinen zu finden.

Vibratoren: Bewegen Sie sich, indem sie sich mit einem kleinen Pager-Motor und einem außermittigen Gewicht schütteln.

Roboter, die sich bewegen, indem sie ihre Körperteile über eine Oberfläche schieben und dabei Kontakt zu dieser Oberfläche halten, werden als Schieber bezeichnet.

Verwende eine horizontale Wellenbewegung, wie eine Schlange.

Die Longitudinalwellenbewegung wird von Regenwürmern genutzt.

Crawler sind Roboter, die sich entlang von Schienen bewegen oder ihren Körper mit einem Anbaugerät rollen können. Das Fahrgestell des Roboters schleift nicht über den Boden.

Alle Steinbutte benutzen ihre Arme und Geißeln, um eine Ganzkörperrolle auszuführen.

Inchworms sind Fahrzeuge, die nur ihr Fahrgestell, nicht aber ihre gesamte Karosserie nach vorne bewegen.

Roboter mit Raupenrädern, wie auf einem Panzer.

Roboter, die einen vertikalen Start und eine Landung nutzen, um sich fortzubewegen, werden als "Jumper" bezeichnet..

Vibrobots: machen ein zitterndes Geräusch, während sie sich in einem zufälligen Muster über eine ebene Fläche bewegen.

Springbots: Kommen Sie voran, indem Sie auf einer vorgegebenen Bahn vorwärts springen.

Roboter, die sich fortbewegen, indem sie ihren ganzen oder einen Teil ihres Körpers rollen, werden als Rollen bezeichnet.

Symbole: Angetrieben von einem einzigen Motor, dessen Welle den Boden berührt; Die Bewegungsrichtung wird dadurch bestimmt, welcher von mehreren symmetrischen Kontaktpunkten um die Welle herum in Kontakt mit dem Boden steht.

Solarroller sind einmotorige, ein- oder zweirädrige Fahrzeuge, die mit Solarenergie betrieben werden und für die Geschwindigkeit auf einer flachen, kurzen Strecke optimiert sind.

Zwei Motoren, die von unabhängigen solarbetriebenen Generatoren angetrieben werden; Abhängigkeit von Differenzialsensoren für die Wirkung.

Um Minibälle ins Rollen zu bringen, musst du ihren Schwerpunkt verändern.

Roboter mit Beinen, die in der Lage sind, unterschiedlichen Bodenkontakt zu haben, werden als Walker bezeichnet. BEAM Walker sind in der Regel unprogrammierte Nv-Netzwerke, die auf der Grundlage des Widerstands ihrer Motoren laufen und auf ihre Umgebung reagieren.

Die Beinbewegung wird von Motoren angetrieben (in der Regel 3 Motoren oder weniger).

Die Beinaktuatoren werden durch Muskeldrähte aus Nitinol (Nickel-Titan-Legierung) angetrieben.

Aquabots oder aquatische Pflanzenfresser sind ein anderer Name für Schwimmer. Oberflächen- und Unterwasserroboter für den Einsatz in flüssigen Umgebungen (typischerweise Wasser).

Bots, die auf der Wasseroberfläche funktionieren, werden "Boote" genannt.

Subbots funktionieren unter der Oberfläche einer Flüssigkeit und sind dazu in der Lage.

Flieger sind Roboter, die über einen längeren Zeitraum fliegen können.

Für den Auftrieb und die Vorwärtsbewegung in Hubschraubern wird ein einzelner Motorrotor verwendet.

Flugzeuge können Auftrieb entweder mit stationären oder beweglichen Flügelflächen erzeugen.

Fliegende...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 17.12.2024
• Übersetzer: Daniel Hueber
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• ISBN-10: 0-00-068646-8 / 0000686468
• ISBN-13: 978-0-00-068646-6 / 9780000686466