Programmieren durch Demonstration (eBook)

intuitive Techniken zum Erwerb und zur Anpassung von Roboterfähigkeiten

Fouad Sabry (Autor)

eBook Download: EPUB

2024 | 1. Auflage
202 Seiten
Eine Milliarde Sachkundig [German] (Verlag)
978-0-00-068960-3 (ISBN)

Infos

Programmieren durch Demonstration-Dieses Kapitel führt in das grundlegende Konzept des Programmierens durch Demonstration ein und konzentriert sich auf die Rolle der menschlichen Anleitung beim Roboterlernen

Humanoider Roboter-Erforscht das Design und die Entwicklung humanoider Roboter, ihre Herausforderungen und die Bedeutung ihrer lebensechten Bewegungen und Interaktionen

Bestärkendes Lernen-Erläutert, wie Techniken des bestärkenden Lernens Robotern ermöglichen, aus ihren Handlungen zu lernen, wodurch sie anpassungsfähig und in der Lage werden, komplexe Aufgaben zu bewältigen

Entwicklungsrobotik-Konzentriert sich auf die Entwicklungsprozesse in der Robotik, bei denen Roboter ähnlich wie die menschliche Entwicklung schrittweise durch Interaktion und Feedback lernen

Mensch-Roboter-Interaktion-Dieses Kapitel befasst sich mit den verschiedenen Methoden der Interaktion zwischen Menschen und Robotern und betont dabei Sicherheit, Effizienz und das Potenzial zur Zusammenarbeit

Roboterlernen-Erforscht verschiedene Lernparadigmen in der Robotik, einschließlich überwachtem und unüberwachtem Lernen, und ihre Anwendung auf reale Robotersysteme

Programmieren anhand von Beispielen-Stellt das Programmieren anhand von Beispielen als eine Form vor, Robotern bestimmte Aufgaben beizubringen, indem ihnen gezeigt wird, wie sie Handlungen direkt ausführen

Anpassungsfähige Robotik-Untersucht die Anpassungsfähigkeit von Robotern in dynamischen Umgebungen und wie sie ihr Verhalten basierend auf neuen Daten oder Aufgaben ändern können

Roboter mit Beinen-Konzentriert sich auf Roboter mit Beinen und ihre einzigartigen Herausforderungen, wie Gleichgewicht, Fortbewegung und Interaktion mit verschiedenen Untergründen

Offline-Lernen-Behandelt Offline-Lernmethoden, mit denen Roboter ohne Echtzeitinteraktion trainiert werden können, wodurch ihre Effizienz verbessert und die Trainingskosten gesenkt werden

Lehrlingslernen-Bespricht das Lehrlingslernmodell, bei dem Roboter durch Expertendemonstrationen lernen, komplexe Verhaltensweisen nachzuahmen

Surena (Roboter)-Bietet einen detaillierten Einblick in Surena, einen humanoiden Roboter, der im Iran entwickelt wurde, und zeigt seine Fähigkeiten und die Innovationen hinter seinem Design

Jonglierroboter-Beschreibt einen Roboter, der komplexe Aufgaben wie Jonglieren ausführen kann, und hebt die Herausforderungen und Lösungen beim Ausbalancieren dynamischer Bewegungen hervor

Cloud-Robotik-Erforscht, wie Cloud-Computing in die Robotik integriert wird, sodass Roboter Daten und Rechenressourcen für eine bessere Leistung gemeinsam nutzen können

Inkrementelles Lernen-Konzentriert sich auf inkrementelle Lerntechniken, die es Robotern ermöglichen, ihre Fähigkeiten kontinuierlich zu verbessern, ohne vorheriges Wissen zu vergessen

Jan Peters (Informatiker)-Hebt die Arbeit von Jan Peters hervor, einem Pionier der Robotik, und diskutiert seine Beiträge zum Lernen und zur Roboterentwicklung

Deep Reinforcement Learning-Stellt Deep Reinforcement Learning vor, einen hochmodernen Ansatz, bei dem Roboter ihre Entscheidungsfähigkeiten durch neuronale Netzwerke verbessern

Aude Billard-Ein Blick auf Aude Billards bahnbrechende Forschung zur Mensch-Roboter-Interaktion und zum Roboterlernen, wobei ihr Einfluss auf das Feld hervorgehoben wird

Auke Ijspeert-Diskutiert die Arbeit von Auke Ijspeert, insbesondere seine Beiträge zur Roboterfortbewegung und zur gehirninspirierten Robotersteuerung

Imitationslernen-Konzentriert sich auf Imitationslernen, einen Prozess, bei dem Roboter Aufgaben durch Beobachtung menschlichen Verhaltens lernen, ein leistungsstarkes Werkzeug zur Übertragung von Fähigkeiten

Roboter-Schließt mit einer allgemeinen Untersuchung von Robotern ab und behandelt ihre Geschichte, Entwicklung und ihr zukünftiges Potenzial in verschiedenen Branchen

Textauszug

Kapitel 2 : Humanoider Roboter

Ein Roboter, der eine ähnliche Form wie der menschliche Körper hat, wird als humanoider Roboter bezeichnet. Das Design kann aus praktischen Gründen gedacht sein, wie z.B. die Interaktion mit menschlicher Ausrüstung und Umgebung, oder es könnte für experimentelle Zwecke gedacht sein, wie die Erforschung der zweibeinigen Bewegung, oder es könnte für einen anderen Zweck gedacht sein. Humanoide Roboter bestehen in der Regel aus einem Torso, einem Kopf, zwei Armen und zwei Beinen; Einige humanoide Roboter können jedoch nur einen Teil des Körpers duplizieren, z. B. von der Taille aufwärts. Im Allgemeinen enthalten humanoide Roboter diese Teile. Einige humanoide Roboter verfügen über Köpfe, die menschlichen Gesichtsmerkmalen wie Augen und Lippen ähneln sollen. Diese Roboter sind als Gesichtsmimik bekannt. Androiden sind humanoide Roboter, die so konzipiert wurden, dass sie genauso aussehen und sich wie Menschen verhalten.

Die Idee eines Roboters, der einem Menschen ähnelt, lässt sich bis zu den unterschiedlichsten Zivilisationen rund um den Globus zurückverfolgen. Griechische Mythen und andere religiöse und philosophische Literatur aus China erzählen Geschichten von humanoiden Automaten, die bis ins 4. Jahrhundert v. Chr. zurückreichen. Diese Dokumente datieren einige der ersten Berichte über das Konzept der humanoiden Automaten. Später wurden humanoide Prototypen von physischen Automaten im Nahen Osten, in Italien, Japan und Frankreich gebaut.

Einer Reihe von Geschichten zufolge war Hephaistos, der griechische Gott der Schmiede, für die Erschaffung einer Vielzahl von humanoiden Automaten verantwortlich. Hephaistos, dem Gott der Metallbearbeitung und des Instrumentenbaus, wird in Homers Ilias zugeschrieben, goldene Mägde geschaffen und sie mit menschlichen Stimmen ausgestattet zu haben, damit sie als Sprechwerkzeuge oder Instrumente verwendet werden können.

Das Konzept eines humanoiden Automaten wurde erstmals in einem taoistischen philosophischen Werk mit dem Titel Liezi ausführlich beschrieben, das im dritten Jahrhundert v. Chr. von dem chinesischen Philosophen Lie Yukou verfasst wurde. Das Buch bezieht sich auf einen Ingenieur namens Yan Shi, der speziell für Herrscher Mu, den fünften König der chinesischen Zhou-Dynastie, einen humanoiden Roboter von menschlicher Größe und Proportionen entwickelte.

Ismail al-Jazari, ein muslimischer Ingenieur, war im 13. Jahrhundert für die Entwicklung einer Reihe humanoider Automaten verantwortlich. Er entwarf eine Roboterkellnerin, die Kunden bedienen, Getränke aus einem Reservoir mit Flüssigkeit verteilen und hinter einer automatisierten Tür hervorkommen konnte.

In den 1400er Jahren entwarf Leonardo da Vinci einen ausgeklügelten mechanischen Roboter, der in der Lage war, zu sitzen, zu stehen und seine Arme autonom zu bewegen. Der Roboter trug eine Rüstung und war kompliziert. Der gesamte Mechanismus des Roboters wurde über eine Umlenkrolle und ein Seilnetz gesteuert.

Diese humanoiden Automaten, die als Karakuri-Puppen bekannt sind, wurden von den Japanern im 17. und 19. Jahrhundert konstruiert. Diese Puppen, die zur Unterhaltung in Theatern, Häusern und religiösen Festen verwendet wurden, ähnelten Puppen und wurden in allen drei Umgebungen verwendet.

Jacques de Vaucanson, einem französischen Erfinder, wird zugeschrieben, im 18. Jahrhundert einen großen humanoiden Automaten geschaffen zu haben, der den Namen "Flötenspieler" erhielt. Dieser hölzerne Roboter, der etwa so groß wie ein Mensch war, hatte die Fähigkeit, eine Vielzahl von Liedern auf der Flöte zu spielen. Er bestand aus einer Reihe von Blasebälgen, Pfeifen, Gewichten und anderen mechanischen Komponenten und diente dazu, die Bewegungen der Muskeln nachzuahmen, die zum Spielen der Flöte erforderlich waren.

In mehreren Teilbereichen der Wissenschaft werden derzeit humanoide Roboter als Forschungsinstrumente eingesetzt. Um humanoide Roboter zu entwickeln, konzentrieren sich die Forscher auf die Biomechanik, d. h. die Untersuchung der Struktur und des Verhaltens des menschlichen Körpers. Auf der anderen Seite führen Versuche, den menschlichen Körper nachzubilden, zu einem tieferen Verständnis dieses Körpers. Die Erforschung der menschlichen Kognition ist ein Teilgebiet der Psychologie, das sich damit beschäftigt, wie Menschen durch die Nutzung der Informationen, die sie von ihren Sinnen erhalten, neue Wahrnehmungs- und motorische Fähigkeiten erwerben. Diese Informationen werden für die Entwicklung von Computermodellen des menschlichen Verhaltens verwendet, die sich im Laufe der Jahre stetig verbessert haben.

Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass sehr ausgeklügelte Roboter es normalen Menschen ermöglichen würden, übermenschliche Fähigkeiten zu erwerben. Bitte beziehen Sie sich auf Transhumanismus.

Die Bereiche Medizin und Biotechnologie sowie andere Forschungsbereiche wie Biomechanik und Kognitionswissenschaft können stark vom Einsatz humanoider Roboter profitieren.

Trotz der Tatsache, dass das Hauptziel der humanoiden Forschung darin bestand, Orthesen und Prothesen für den Menschen zu verbessern, wurden Informationen zwischen den beiden Bereichen ausgetauscht. Einige Beispiele für diese Art von Prothesen sind motorisierte Beinprothesen für Menschen mit neuromuskulären Beeinträchtigungen, Knöchel-Fuß-Orthesen, biologisch realistische Beinprothesen und Unterarmprothesen.

In der Praxis und Entwicklung maßgeschneiderter Assistenz im Gesundheitswesen können humanoide Roboter als Versuchspersonen eingesetzt werden. In dieser Funktion können sie im Grunde als Roboterkrankenschwestern für Bevölkerungsgruppen wie ältere Menschen dienen. Humanoide eignen sich auch für einige Jobs, bei denen Verfahren Schritt für Schritt befolgt werden müssen, wie z. B. die Arbeit als Empfangsverwalter oder am Fließband für Autos. Da sie in der Lage sind, Werkzeuge zu verwenden sowie Maschinen, Werkzeuge und Fahrzeuge zu steuern, die für die menschliche Form geschaffen wurden, sind Humanoide theoretisch in der Lage, jede Arbeit zu erledigen, zu der ein Mensch fähig ist, vorausgesetzt, sie verfügen über die entsprechende Software. Der Schwierigkeitsgrad ist dabei jedoch enorm.

In der Welt der Unterhaltung haben humanoide Roboter eine lange und illustre Geschichte, die mit der Vorstellung und den Idealen beginnt, die in der Geschichte von Prometheus vorgestellt werden, bis hin zur Anwendung und physischen Konstruktion zeitgenössischer Animatronics, die in Themenparks verwendet werden. Es gibt viele Aufführungen in Disney-Themenparks, bei denen animatronische Roboter zum Einsatz kommen, sich bewegen und sprechen, die der von Menschen sehr ähnlich sind. Obwohl diese Roboter ein lebensechtes Aussehen haben, sind sie in keiner Weise in der Lage, zu erkennen oder sich selbstständig zu bewegen. Der Independent-Dokumentarfilm Plug & Pray, der 2010 in die Kinos kam, beschäftigt sich mit einer Vielzahl humanoider Roboter und den Einsatzmöglichkeiten solcher Roboter im Alltag.

Trotz der Tatsache, dass humanoide Roboter eine Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten in der realen Welt haben, besteht ihre Hauptfunktion darin, die sich entwickelnde Technologie zu präsentieren. Es ist möglich, dass humanoide Roboter, insbesondere solche, die mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz ausgestattet sind, für zukünftige Weltraumerkundungsmissionen nützlich sein werden, die entweder gefährlich oder extrem weit von der Erde entfernt sind. Dadurch muss die Besatzung nach Beendigung der Mission nicht mehr umkehren und zur Erde zurückkehren.

Ein Gerät, das eine gewisse Qualität der externen Umgebung überwacht, wird als Sensor bezeichnet. Die Sensorik ist ein wesentlicher Bestandteil robotischer Paradigmen, da sie einer der drei grundlegenden Bausteine der Robotik ist (die anderen beiden sind Planung und Steuerung).

Es gibt zwei verschiedene Arten, wie Sensoren kategorisiert werden können: Die eine basiert auf dem physikalischen Mechanismus, mit dem sie funktionieren, und die andere basiert auf der Art der Messinformationen, die sie erzeugen. In diesem speziellen Fall wurde die zweite Strategie verwendet.

Die Position, Richtung und Geschwindigkeit des Körpers und der Gelenke des Humanoiden sowie andere interne Variablen können von den propriozeptiven Sensoren des Humanoiden erfasst werden. und sogar Geschwindigkeitssensoren.

Es ist möglich, Informationen über das, was berührt wurde, mit Hilfe von Arrays von Tactels zu erhalten. Die Shadow Hand ist mit 34 Tactels ausgestattet, von denen jeder hinter der Polyurethanhaut verborgen ist, die jeden seiner Finger bedeckt. Darüber hinaus sind taktile Sensoren in der Lage, Daten über die Kräfte und Drehmomente zu liefern, die zwischen dem Roboter und anderen Objekten ausgetauscht werden.

Die Verarbeitung von Eingaben aus einer beliebigen Modalität, die das elektromagnetische Spektrum nutzt, um ein Bild zu bilden, wird als Sehen bezeichnet. Es wird in humanoiden Robotern zum Zwecke der Objekterkennung und der Bestimmung der Eigenschaften der Dinge eingesetzt. Sehsensoren verrichten ihre Aufgaben so, wie sie dem menschlichen Auge am ähnlichsten sind. Die meisten humanoiden Roboter verwenden CCD-Kameras als primäre Art von visuellem Sensor.

Die Fähigkeit humanoider Roboter, Sprache und Umgebungsgeräusche zu hören, wird durch Schallsensoren ermöglicht, die ähnlich wie das menschliche Gehör funktionieren. Damit Roboter miteinander kommunizieren können, werden häufig Mikrofone eingesetzt.

Motoren, die für die Bewegung im Inneren des Roboters verantwortlich sind, werden als Aktuatoren bezeichnet.

Die Mehrheit der humanoiden Roboter verwendet elektrische Aktuatoren, was sie zur...

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 25.12.2024
• Übersetzer: Daniel Hueber
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• ISBN-10: 0-00-068960-2 / 0000689602
• ISBN-13: 978-0-00-068960-3 / 9780000689603