Wie können Roboter ihre Motoren und Sensoren nutzen, um sich in einer unstrukturierten Umgebung zu bewegen? Sie werden verstehen, wie man Roboterkörper und Verhaltensweisen entwirft, die Gliedmaßen und allgemeinere Anhänge nutzen, um physikalische Kräfte anzuwenden, die eine zuverlässige Mobilität in einer komplexen und dynamischen Welt ermöglichen. Wir entwickeln einen Ansatz zur Zusammenstellung einfacher dynamischer Abstraktionen, die die Erstellung komplizierter sensomotorischer Programme teilweise automatisieren. Zu den spezifischen Themen, die wir behandeln werden, gehören: Mobilität bei Tieren und Robotern, Kinematik und Dynamik von Maschinen mit Beinen und Design von dynamischem Verhalten über Energielandschaften.
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Robotik: Mobilität
Dieser Kurs ist Teil von Spezialisierung Robotik
Unterrichtet auf Englisch
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Dozent: Daniel E. Koditschek
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- Kategorie: Robotik
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In diesem Kurs gibt es 4 Module
Wir beginnen mit einer allgemeinen Betrachtung von Tieren, dem Vorbild für Mobilität in der Natur. Das bringt uns dazu, eher die Haltung der Bioinspiration als der Biomimikry einzunehmen, d.h. Prinzipien statt Erscheinungen zu extrahieren und sie systematisch auf unsere Maschinen anzuwenden. Ein wenig mehr Nachdenken über die typische Mobilität von Tieren bringt uns dazu, uns auf Anhängsel - Gliedmaßen und Schwänze - als Quellen der Bewegung zu konzentrieren. Der zweite Teil der Woche bietet ein wenig Hintergrundwissen über die physikalischen und mathematischen Grundlagen der Mobilität von Robotern mit Gliedmaßen. Wir beginnen mit einem linearen Feder-Masse-Dämpfer-System und betrachten die gewöhnliche Differentialgleichung zweiter Ordnung, die es als dynamisches System erster Ordnung beschreibt. Anschließend behandeln wir das einfache Pendel - die einfachste revolvierende kinematische Gliedmaße - auf die gleiche Weise, um einen Eindruck von der Natur der nichtlinearen Dynamik zu vermitteln, die in der Robotik unweigerlich auftritt. Wir schließen mit einer Behandlung von Stabilität und Energiebecken ab. Link zur Bibliographie: https://www.coursera.org/learn/robotics-mobility/resources/pqYOc
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Wir beginnen mit Verhaltenskomponenten, die wir als "Schablonen" bezeichnen: sehr einfache Mechanismen, deren Bewegungen grundlegend für die komplexeren Strategien der Fortbewegung von Tieren und Robotern sind. Wir werden uns auf den "Kompassgang" (die Bewegung eines Rades mit zwei Speichen) und das federbelastete umgekehrte Pendel konzentrieren - die verkürzten Versionen des Gehens auf Beinen bzw. des Laufens auf Beinen - und dann zu den physischen Komponenten der Mobilität übergehen. Wir beginnen mit dem Begriff der physikalischen Skalierungsgesetze und gehen dann auf nützliche Materialeigenschaften und die damit verbundenen Leistungszahlen ein. Zum Schluss werfen wir einen kurzen, aber entscheidenden Blick auf die Wissenschaft und Technologie der Aktuatoren - die wichtigen Quellen der Antriebskräfte und Drehmomente in unseren Robotern. Link zur Bibliographie: https://www.coursera.org/learn/robotics-mobility/resources/pqYOc
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Jetzt werden wir physische Glieder und Gelenke zusammensetzen und die Geometrie und die Physik betrachten, die zum Verständnis ihrer koordinierten Bewegung erforderlich sind. Wir werden etwas über die Geometrie der Freiheitsgrade lernen. Dann gehen wir zurück zu Newton und lernen eine kompakte Methode kennen, um die physikalische Dynamik zu beschreiben, die die Positionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen dieser Freiheitsgrade beschreibt, wenn sie von unseren Aktuatoren erzwungen werden.Natürlich gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, Gliedmaßen und Körper zusammenzusetzen: Auch hier können wir von den Tieren viel lernen, wenn wir die beste Morphologie für unsere Gliederroboter erwägen. Läufer in ausgestreckter Haltung wie Kakerlaken haben sechs Beine, die sich typischerweise in einem stereotypen Muster bewegen, das wir als Modell für eine sechseckige Maschine betrachten werden. Die Vierbeiner der Natur haben ihre eigenen unterschiedlichen Gangmuster, die wir ebenfalls mit verschiedenen vierbeinigen Roboterdesigns abgleichen werden. Schließlich werden wir uns mit zweibeinigen Maschinen befassen und die Gelegenheit nutzen, um menschenähnliche zweibeinige Roboter, die quasi dazu verdammt sind, langsame quasistatische Maschinen zu sein, von einigen weniger tierähnlichen zweibeinigen Robotern zu unterscheiden, die durch die Anwendung bioinspirierter Prinzipien zu schnellen Läufern und Springern werden können. Link zur Bibliographie: https://www.coursera.org/learn/robotics-mobility/resources/pqYOc
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Wir führen nun das Konzept der dynamischen Komposition ein und untersuchen zwei Arten: eine Komposition in der Zeit, die wir "sequentiell" nennen, und eine Komposition im Raum, die wir "parallel" nennen Wir werden das letzte Konzept, die parallele Komposition, etwas genauer betrachten und prüfen, was in der Vergangenheit getan wurde und was mathematisch garantiert werden kann, wenn die einfachen Vorlagen aus Woche 2 "parallel" an verschiedenen komplizierteren Morphologien zusammenarbeiten sollen. Der letzte Abschnitt der Lektion dieser Woche führt Sie zu den Horizonten der Forschung über die Mobilität der Beine. Wir geben Beispiele dafür, wie ein und dieselbe Komposition in verschiedenen Körpern verankert werden kann und umgekehrt, wie ein und derselbe Körper mit verschiedenen Kompositionen zum Laufen gebracht werden kann. Zum Abschluss werfen wir einen kurzen Blick auf das, was über Übergangsverhalten wie das Springen bekannt ist. Link zur Bibliographie: https://www.coursera.org/learn/robotics-mobility/resources/pqYOc
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Geprüft am 4. Juni 2017
Geprüft am 24. Apr. 2017
Geprüft am 2. Juni 2016
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