Biologisch Motivierte Robotersysteme - FZI
Biologisch Motivierte Robotersysteme - FZI
Biologisch Motivierte Robotersysteme - FZI
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<strong>Biologisch</strong>e <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
INTERAKTIVE DIAGNOSE- UND SERVICESYSTEME (IDS)<br />
FORSCHUNGSZENTRUM INFORMATIK (<strong>FZI</strong>), INSTITUT FÜR ANTHROPOMATIK (IFA), FAKULTÄT FÜR INFORMATIK<br />
1 KIT 12.04.2011 – Universität des Landes Baden-Württemberg und<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft Interaktive Diagnose- und Servicesysteme www.kit.edu<br />
(<strong>FZI</strong>)
Übersicht<br />
„Viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit kann man sich sparen,<br />
wenn man die Problemlösungen bei biologischen Systemen studiert“<br />
Allgemeine Informationen zur Vorlesung<br />
Klassische Robotik und biologische inspirierte Forschung (Bionik)<br />
Motivation und Methodik<br />
Historie, Einordnung und Anwendungsfelder<br />
Inhalt der Vorlesung und Terminübersicht<br />
Beispiele für biologisch motivierte Roboter<br />
2 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Allgemeine Informationen I<br />
LV-Nr.: 24619<br />
„<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong>“<br />
Ort : Raum -101 Geb. 50.34 (Info-Bau)<br />
Zeit: Dienstags 9:45 – 11:15<br />
Referent: Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Dillmann<br />
Sprechstunde Mi. 10:00 - 12:00 (Bitte Anmelden)<br />
IFA – HIS, Adenauerring 2, 76131 Karlsruhe<br />
Betreuer: Dipl.-Ing. Arne Rönnau (roennau@fzi.de)<br />
<strong>FZI</strong>, Abteilung IDS, Haid-und-Neu-Str. 10-14<br />
(Laborgebäude, Haid-und-Neu-Str. 5a)<br />
3 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Allgemeine Informationen II<br />
„<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong>“<br />
Homepage: http://www.fzi.de/ids/angebote.php<br />
Prüfungsmodus: mündlich - für Informatikstudenten als<br />
Blockprüfung (Vertiefungsfach)<br />
Skript: Foliensammlung im Netz<br />
Material- bzw. Papersammlung<br />
kann abgeholt werden.<br />
Laborbesichtigung: Letzte Woche in der Vorlesungszeit<br />
4 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Veranstaltungen im Bereich der Robotik<br />
Im Sommersemester:<br />
Robotik 2 (Programmieren von Robotern) Mo. 09.45 Uhr, Raum -102<br />
Robotik 3 (Sensoren in der Robotik) Fr. 11.30 Uhr, Raum -102<br />
Anthropomatik: Humanoide Roboter Di. 15.45 Uhr, Raum -102<br />
Maschinelles Lernen 2 Fr. 09.45 Uhr, Raum -101<br />
Im Wintersemester:<br />
5 12.04.2011<br />
Robotik 1 (Einführung in die Robotik)<br />
Maschinelles Lernen 1<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Bachelor -, Master-, Diplomarbeiten am <strong>FZI</strong><br />
Laufmaschinen (6-Beiner)<br />
Schlangenartiger, mehrsegmentiger Roboter<br />
Steuerungsarchitektur<br />
Zweiarmige Service-Roboter<br />
Radgetriebene Systeme<br />
Sensorsysteme<br />
Interessenten bitte melden bei<br />
Arne Rönnau (roennau@fzi.de)<br />
6 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
So findet man zu uns<br />
7 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Abteilung IDS<br />
<strong>FZI</strong> Laborgebäude,<br />
Haid-und-Neu-Straße 5a<br />
Arne Rönnau, 3.0.19<br />
<strong>FZI</strong> Hauptgebäude,<br />
Haid-und-Neu-Str. 10-14<br />
Institut für Anthropomatik – IAIM<br />
Humanoids and Intelligence<br />
Systems Lab<br />
Lehrstuhl Prof. Dillmann<br />
Adenauerring 2<br />
76131 Karlsruhe<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Allgemeine Literaturliste<br />
8 12.04.2011<br />
Michael A. Arbib (Herausgeber)<br />
“The Handbook of Brain Theory and Neural Networks”<br />
2nd Edition, MIT Press<br />
Werner Nachtigall, Kurt G. Büchel<br />
“Das große Buch der Bionik”<br />
DVA<br />
Ronald Arkin<br />
“Behavior-Based Robotics”<br />
MIT Press<br />
Eric R. Kandel, James H. Schwartz, Thomas M. Jessell<br />
„Principles of Neural Science“<br />
McGraw Hill<br />
George A. Bekey<br />
„Autonomous Robots – From Biological Inspiration to Implementation and Control“<br />
MIT Press<br />
A. R. McNeill McNeill<br />
„Principles of Animal Locomotion“<br />
Princeton University Press<br />
B. Siciliano; O. Khatib<br />
„Springer Handbook of Robotics“<br />
Springer Berlin Heidelberg<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Übersicht<br />
„Viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit kann man sich sparen,<br />
wenn man die Problemlösungen bei biologischen Systemen studiert“<br />
Allgemeine Informationen zur Vorlesung<br />
Klassische Robotik und biologische inspirierte Forschung (Bionik)<br />
Motivation und Methodik<br />
Historie, Einordnung und Anwendungsfelder<br />
Inhalt der Vorlesung und Terminübersicht<br />
Beispiele für biologisch motivierte Roboter<br />
9 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Klassische Robotik<br />
10 12.04.2011<br />
Karel Capek (1920) prägte den Begriff „robota“ (slowakisch) = Schwerarbeit<br />
Vier Robotergenerationen<br />
1. Generation: (programmierbare Manipulatoren, 1960 – 1975)<br />
geringe Rechenleistung, nur feste Haltepunkte (Punkt-zu-Punkt-Programmierung), kaum<br />
sensorielle Fähigkeiten (Pick-and-Place-Aktionen)<br />
2. Generation: (adaptive Roboter, 1976 – 1982)<br />
mehr Sensoren (z.B. Kameras), Anpassung an Umwelt, eigene Programmiersprachen (z.B. VAL),<br />
geringe Roboter-Intelligenz (adaptive Aufgabendurchführung)<br />
3. Generation: (autonome Roboter, ab 1983)<br />
hohe Rechenleistung (Multiprocessorsysteme), Aufgabenorientierte Programmierung, Forderung<br />
nach (maschineller) Autonomie<br />
4. Generation: (humanoide AI-Roboter)<br />
Flexibilität bzgl. Umwelt und Aufgabe, Lernfähigkeit, Selbstreflexion, Emotion<br />
Anwendungsfelder: Industrie-Roboter, Service-Roboter, Personal-Roboter<br />
Mehr Details in Robotik I Vorlesung (WS)<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Aktueller Stand: Industrie-Roboter<br />
11 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Aktueller Stand: Service-Roboter<br />
12 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Aktueller Stand: Personal-Roboter<br />
13 12.04.2011<br />
Autonomie nicht ausreichend �<br />
Einfache Bedienbarkeit bisher nicht vorhanden �<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Bionik<br />
14 12.04.2011<br />
„Systematisches Lernen von der Natur“<br />
Interdisziplinärer Forschungsbereich<br />
Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften,<br />
Architekten, Designer, …<br />
Bionische Ansätze in zahlreichen Anwendungen<br />
Konstruktion, Sensorik, Bewegung, Algorithmen, …<br />
Bionik ist die Umsetzung von biologischen<br />
Problemlösungen in die Technik<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Bionik<br />
15 12.04.2011<br />
„Systematisches Lernen von der Natur“<br />
Bionik in der Luftfahrt: Inspiration Vogelflug<br />
Gezielte Luftverwirbelung am<br />
Ende der Tragflächen<br />
Treibstoffverbrauch um ca. 3-5% reduziert<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Winglet<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Bionik<br />
„Systematisches Lernen von der Natur“<br />
Bionik im Alltag: Inspiration Lotusblume<br />
Schmutzabweisende Oberflächen durch<br />
Nanostrukturen (z.B. Fassadenfarben)<br />
16 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Bionik<br />
„Systematisches Lernen von der Natur“<br />
Bionik im Alltag: Inspiration Klettfrüchte<br />
Textilen Klettverschluss basiert auf<br />
Mikrohaken<br />
Schweizer Erfinder: Georges de Mestral<br />
1951 zum Patent angemeldet<br />
17 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Bionik<br />
„Systematisches Lernen von der Natur“<br />
Bionik in der Robotik �� <strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> Roboter<br />
Umsetzung von biologischen Problemlösungen<br />
in der Robotik<br />
Konstruktion von biologisch inspir. Robotern,<br />
Bewegungssteuerung, Evolutionäre Algorithmen, …<br />
18 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Übersicht<br />
„Viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit kann man sich sparen,<br />
wenn man die Problemlösungen bei biologischen Systemen studiert“<br />
Allgemeine Informationen zur Vorlesung<br />
Klassische Robotik und biologische inspirierte Forschung (Bionik)<br />
Motivation und Methodik<br />
Historie, Einordnung und Anwendungsfelder<br />
Inhalt der Vorlesung und Terminübersicht<br />
Beispiele für biologisch motivierte Roboter<br />
19 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Motivation<br />
20 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Motivation<br />
„Die Roboter-Akzeptanz hängt primär von dessen Natürlichkeit ab“<br />
Begeisterung für natürliche, biologisch motivierte Systeme<br />
Akzeptanz bei menschlichen Betrachter<br />
Vorteile biologisch motivierter Roboter<br />
21 12.04.2011<br />
leicht, robust, anpassungs- und lernfähig,<br />
energetisch optimiert, fehlertolerant, flexibel,<br />
flüssige Bewegungen (hardwareschonend)<br />
Integration in menschliches Umfeld<br />
Keine Roboter-Infrastruktur notwendig<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Robotikvisionen<br />
In den nächsten 50-zig Jahren wird es Roboter geben, die von ihren<br />
Fähigkeiten dem Mensch/einem Tier entsprechen (Engelberger, 1959)<br />
Es wird in naher Zukunft möglich sein, Teile von Menschen durch<br />
technische, leistungsfähigere Systeme zu ersetzen (Pollean)<br />
Intelligentes Verhalten einer Maschine kann nur entstehen, wenn ein<br />
Körper existiert, der die Umwelt erfahren kann (Dreyfus, Brooks)<br />
22 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Motivation für die Erforschung<br />
neuartiger <strong>Robotersysteme</strong><br />
Service/Assistenzroboter, die den Menschen im täglichen Leben<br />
unterstützen:<br />
Universelle Bewegungssteuerung für beliebige Aufgaben<br />
Wahrnehmung einer dynamischen Umwelt<br />
Interaktions- und Kommunikationsfähigkeit<br />
Fähigkeit zum Lernen und Adaptieren des Verhaltens<br />
Selbständiges Lösen komplexer Aufgaben<br />
⇒ Entwicklung technischer Systeme, die im Aufbau, in der<br />
Umwelterfassung und in der motorischen Leistungsfähigkeit<br />
natürliche Systeme in bestimmten Aspekten nachbilden<br />
23 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Biologie als Vorbild<br />
Stabheuschrecke Lauron III<br />
These 1: Der Nachbau der Biomechanik reicht nicht aus, um<br />
leistungsfähige Roboter zu entwerfen.<br />
24 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Komplexe Bewegungssteuerung<br />
Dante II<br />
REST I PlusTech II<br />
These 2: Eine flexible Steuerung von Robotern ist nicht ausreichend, um<br />
Serviceroboter zu entwickeln, die auf Umwelteinflüsse<br />
selbständig reagieren können.<br />
25 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Problemstellung<br />
P3<br />
WABIAN<br />
These 3: Höhere kognitive Fähigkeiten eines Roboters und die<br />
Umsetzung in intelligentes Verhalten können nur entstehen,<br />
wenn ein komplexer Körper existiert, der sich in der Welt bewegt<br />
und diese über leistungsstarke Sensorsysteme wahrnehmen<br />
kann.<br />
26 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Begriffserklärung<br />
27 12.04.2011<br />
<strong>Biologisch</strong> motivierte Roboter sollen primär durch ihre<br />
Lokomotionsformen definiert werden:<br />
Schwimmen, Kriechen, Laufen, Hüpfen und Fliegen<br />
Für Realisierung der Lokomotion werden Prinzipien aus der<br />
Natur übertragen:<br />
Antrieb, Konstruktion, Umwelterfassung, Steuerung<br />
Eine direkte Abbildung aus der Natur ist nicht notwendig;<br />
hybride Systeme mit Rädern können auch zu dieser<br />
Roboterklasse gehören.<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Systemanforderungen<br />
28 12.04.2011<br />
Autonomie und Mobilität<br />
Energieautarkie<br />
Hohe Flexibilität<br />
Robustheit gegenüber unterschiedlichen Störungen<br />
Umfangreiche perzeptive Komponenten zur Erfassung<br />
interner Zustände und der Umwelt<br />
Adaptive Verhaltenssteuerung<br />
Erweiterbarkeit (perzeptive Komponenten, Skills)<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Interdisziplinärer Lösungsansatz<br />
Sinnesphysiologie<br />
Maschinenbau<br />
Mechanik<br />
Perzeption<br />
Elektrotechnik<br />
-Geometrie -Sensorik<br />
-Antriebe<br />
-Signalverarb.<br />
Biologie<br />
29 12.04.2011<br />
Morphologie<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Steuerungsarchitektur<br />
- Rechnerarchitektur<br />
- Softwarearchitektur<br />
Verhaltenssteuerung<br />
- reaktiv<br />
- adaptiv<br />
Neuroethologie<br />
Informatik<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Übersicht<br />
„Viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit kann man sich sparen,<br />
wenn man die Problemlösungen bei biologischen Systemen studiert“<br />
Allgemeine Informationen zur Vorlesung<br />
Klassische Robotik und biologische inspirierte Forschung (Bionik)<br />
Motivation und Methodik<br />
Historie, Einordnung und Anwendungsfelder<br />
Inhalt der Vorlesung und Terminübersicht<br />
Beispiele für biologisch motivierte Roboter<br />
30 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Historische Entwicklung<br />
31 12.04.2011<br />
„Die Natur fasziniert die Menschheit<br />
schon seit Jahrtausenden“<br />
Bionik bzw. biologische motivierte Systeme haben<br />
eine lange Historie<br />
Menschen orientieren sich<br />
bei bei der Konstruktion an<br />
natürlichen Vorbildern<br />
Faszination hält bis heute an<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Historische Entwicklung<br />
3 n.Chr.: Vierbeinige Laufmaschine<br />
China<br />
1507: Leonardo da Vinci<br />
(Studie des Vogelflugs, Fluggerät)<br />
1738: Jaques de Vaucanson:<br />
Mechanische Ente<br />
1774: Pierre Jaquet-Droz<br />
32 12.04.2011<br />
Der Schreiber<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Historische Entwicklung<br />
1872: Eadweard Muybridge<br />
Bewegungsstudien<br />
1893: George Moore<br />
Steam Man<br />
1893: Mechanical Horse<br />
von Rygg<br />
33 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Systematische Einordnung<br />
<strong>Biologisch</strong> motivierte Roboter<br />
Fischartiger Roboter Robotervögel<br />
Schlangenartige Roboter Humanoide Roboter<br />
schlangenartig hybrid<br />
technisch<br />
optimiert<br />
Einbeiner Zweibeiner<br />
- anthropomorph-<br />
vogelartig<br />
- technisch - anthropomorph<br />
optimiert - technisch<br />
optimiert<br />
35 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Laufmaschine/<br />
Kletterroboter<br />
Vierbeiner<br />
- reptilartig<br />
- säugetierartig<br />
- technisch<br />
optimiert<br />
Sechsbeiner<br />
- insektartig<br />
- technisch<br />
optimiert<br />
hybrid anthropomorph<br />
Mehrbeiner<br />
- sliding frames<br />
- spinnenartig<br />
- hummerartig<br />
- piezo<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Anwendungsbeispiel<br />
Applikation<br />
- Leitstand<br />
- Benutzerinteraktion<br />
- Missions- Missionsplanung<br />
!?!<br />
Navigation<br />
- Lokalisation<br />
- Umweltmodell<br />
- Pfadplanung<br />
36 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Lokomotion<br />
- Internes<br />
Modell<br />
- Lokale<br />
Adaption<br />
- Gangarten<br />
- Reflexe<br />
Basissteuerung<br />
- Gelenke<br />
- Beine/Körper<br />
- Motorprimitive<br />
Hardware<br />
- Mechanik<br />
- Aktuatoren<br />
- Sensorik<br />
- Elektronik<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Anwendungsfelder<br />
37 12.04.2011<br />
Wartungs- und Inspektionsaufgaben<br />
Erkundung von rauem Gelände<br />
(Vulkane, Meeresboden, Planeten)<br />
Untersuchung von Meeresböden, Pipelines<br />
Forst- und Landwirtschaft<br />
Katastrophenschutz<br />
Prothetik<br />
Rehabilitation<br />
Assistenzaufgaben<br />
Entertainment<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Anwendungsfelder<br />
38 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Übersicht<br />
„Viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit kann man sich sparen,<br />
wenn man die Problemlösungen bei biologischen Systemen studiert“<br />
Allgemeine Informationen zur Vorlesung<br />
Klassische Robotik und biologische inspirierte Forschung (Bionik)<br />
Motivation und Methodik<br />
Historie, Einordnung und Anwendungsfelder<br />
Inhalt der Vorlesung und Terminübersicht<br />
Beispiele für biologisch motivierte Roboter<br />
39 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Curriculum / Lernziele<br />
40 12.04.2011<br />
Anwendung der Methode „Bionik“ in der Robotik<br />
Fähigkeit zur Entwicklung von biologisch inspirierten<br />
Modellen für:<br />
Kinematiken<br />
Mechaniken<br />
Regelung & Steuerung<br />
Perzeption & Kognition<br />
Entwurfsprinzipien<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Curriculum / Lernziele<br />
41 12.04.2011<br />
Schwerpunkt Lokomotion<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Pfeifhase (Ochotona)<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Curriculum / Lernziele<br />
42 12.04.2011<br />
Anwendung der Methode „Bionik“ in der Robotik<br />
Fähigkeit zur Entwicklung von biologisch inspirierten<br />
Modellen für:<br />
Kinematiken<br />
Mechaniken<br />
Regelung & Steuerung<br />
Perzeption & Kognition<br />
Entwurfsprinzipien<br />
Schwerpunkt Lokomotion<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Inhalt der Vorlesung<br />
Einführung: - Methodik und Beispiele<br />
Konstruktion: - Materialien und Bauweise<br />
- Kinematik und Morphologie<br />
- Antriebe<br />
Signalverarbeitung: - Sensoren und Sinne<br />
- Neuronen und Signalprozessoren<br />
Kontrolle: - Neuro-<strong>Biologisch</strong>e Sensor-Motorfelder<br />
- Neuro-Oszillatoren<br />
- Verhaltensbasierte Systeme<br />
- Bewegungslernen<br />
Mutation: - Selbstkonfigurierende Systeme<br />
- Künstliche Ontogenese<br />
Anwendung: - Zweibeinige Roboter<br />
43 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Terminübersicht<br />
Vorlesungstermine: 13 Termine (09:45 – 11:15, Raum -101 Geb. 50.34)<br />
44 12.04.2011<br />
17.04.: Einführung<br />
24.04.: Biomechanik als Konstruktionsvorbild<br />
01.05.: KEINE VORLESUNG - Feiertag<br />
08.05.: Künstliche Muskeln als optimale Antriebe<br />
15.05.: Von der Sinnesphysiologie zu Sensorsystemen<br />
22.05.: Rechnerarchitektur und Systemkomponenten<br />
29.05.: Neuro-<strong>Biologisch</strong> motivierte Steuerungen<br />
05.06.: Gekoppelte Oszillatoren als Basisbewegungseinheiten<br />
12.06.: Methoden des Softcomputings<br />
19.06.: Zweibeiniges Laufen & humanoide Roboter<br />
26.06.: Verhaltensbasierte Steuerungsarchitekturen<br />
03.07.: Mutation und Evolution<br />
10.07.: Anwendungen und Einsatzvisionen<br />
17.07.: Laborführung<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Übersicht<br />
„Viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit kann man sich sparen,<br />
wenn man die Problemlösungen bei biologischen Systemen studiert“<br />
Allgemeine Informationen zur Vorlesung<br />
Klassische Robotik und biologische inspirierte Forschung (Bionik)<br />
Motivation und Methodik<br />
Historie, Einordnung und Anwendungsfelder<br />
Inhalt der Vorlesung und Terminübersicht<br />
Beispiele für biologisch motivierte Roboter<br />
45 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Schlangenartige Roboter<br />
Kairo<br />
<strong>FZI</strong><br />
46 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
OmniTread<br />
Uni<br />
Michigan<br />
Makro+<br />
<strong>FZI</strong>/GMD<br />
S5<br />
D. Miller<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Der Kanalroboter Kairo, <strong>FZI</strong><br />
47 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Roboter-Fische<br />
48 12.04.2011<br />
Pike<br />
MIT<br />
Robotuna II<br />
MIT<br />
VCUUV<br />
Draper Lab, USA<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Roboter Pinguin (Festo)<br />
49 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Laufmaschinen – Achtbeiner<br />
50 12.04.2011<br />
Scorpion, FhG St. Augustin<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Robug III<br />
Portech, UK<br />
Robolobster, NWRU, USA<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Laufmaschinen – Sechsbeiner<br />
RHex<br />
McGill, Canada<br />
51 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Tarry<br />
Uni Duisburg<br />
iSprawl<br />
Stanford, USA<br />
Attila<br />
MIT<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
LAURON IV und AirBug, <strong>FZI</strong><br />
52 12.04.2011<br />
LAURON IV AirBug<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
CLAWAR 2001 Karlsruhe<br />
53 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Mit:<br />
RHex, McGill<br />
Scorpion, FhG<br />
Lauron III, <strong>FZI</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Küchenschabe / Case Western Reserve<br />
54 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Laufmaschinen – Vierbeiner<br />
55 12.04.2011<br />
Tekken<br />
Kimura Lab.<br />
Japan<br />
Titan VIII<br />
Hirose Lab.<br />
Japan<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Scout II<br />
McGill<br />
Canada<br />
Alduro<br />
Uni Duisburg<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
BISAM und PANTER, <strong>FZI</strong><br />
56 12.04.2011<br />
BISAM<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Beinprototyp Panter<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Laufmaschinen – Vierbeiner<br />
57 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
BigDog<br />
Bosten<br />
Dynamics<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Laufmaschinen – Zweibeiner<br />
58 12.04.2011<br />
Asimo, Honda<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Troody<br />
MIT<br />
Johnnie<br />
TU München<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Laufmaschinen - Zweibeiner<br />
59 12.04.2011<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Petman<br />
Bosten<br />
Dynamics<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Laufmaschinen – Passive Dynamic Walker<br />
60 12.04.2011<br />
Toddler, MIT<br />
I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Denise, TU Delft<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Assistenzroboter Armar II<br />
61 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Assistenzroboter Armar III<br />
62 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Fliegende Roboter – Ornithopter<br />
63 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Fliegende Roboter – Festo Smartbird<br />
64 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Fliegende Roboter – Entomopter<br />
65 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
Things to come…<br />
66 12.04.2011 I. Einführung in biologisch motivierte <strong>Robotersysteme</strong><br />
Nächste Woche:<br />
Biomechanik als<br />
Konstruktionsvorbild<br />
<strong>Biologisch</strong> <strong>Motivierte</strong> <strong>Robotersysteme</strong><br />
Interaktive Diagnose- und Servicesysteme (<strong>FZI</strong>)
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