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Lernziele:
Die Studierenden haben einen Überblick über aktuelle Forschungsthemen bei autonomen lernenden Robotersystemen am Beispiel der humanoiden Robotik und sind dazu in der Lage aktuelle Entwicklungen auf dem Gebiet der kognitiven humanoiden Robotik einzuordnen und zu bewerten.
Die Studierenden kennen die wesentlichen Problemstellungen der humanoiden Robotik und können auf der Basis der existierenden Forschungsarbeiten Lösungsvorschläge erarbeiten.
Lehrinhalt:
Die Vorlesung stellt aktuelle Arbeiten auf dem Gebiet der humanoiden Robotik vor, die sich mit der Implementierung komplexer sensomotorischer und kognitiver Fähigkeiten beschäftigen. In den einzelnen Themenkomplexen werden verschiedene Methoden und Algorithmen, deren Vor- und Nachteile, sowie der aktuelle Stand der Forschung diskutiert.
Es werden folgende Themen behandelt: Biomechanische Modelle des menschlichen Körpers; biologisch inspirierte und datengetrieben Methoden des Greifens, Aktive Wahrnehmung, Imitationslernen und Programmieren durch Vormachen, sowie semantische Repräsentationen von sensomotorischem Erfahrungswissen.

Robotik 2 - Humanoide Robotik, SS19 Karlsruher Institut für Technologie

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Lernziele:
Die Studierenden haben einen Überblick über aktuelle Forschungsthemen bei autonomen lernenden Robotersystemen am Beispiel der humanoiden Robotik und sind dazu in der Lage aktuelle Entwicklungen auf dem Gebiet der kognitiven humanoiden Robotik einzuordnen und zu bewerten.
Die Studierenden kennen die wesentlichen Problemstellungen der humanoiden Robotik und können auf der Basis der existierenden Forschungsarbeiten Lösungsvorschläge erarbeiten.
Lehrinhalt:
Die Vorlesung stellt aktuelle Arbeiten auf dem Gebiet der humanoiden Robotik vor, die sich mit der Implementierung komplexer sensomotorischer und kognitiver Fähigkeiten beschäftigen. In den einzelnen Themenkomplexen werden verschiedene Methoden und Algorithmen, deren Vor- und Nachteile, sowie der aktuelle Stand der Forschung diskutiert.
Es werden folgende Themen behandelt: Biomechanische Modelle des menschlichen Körpers; biologisch inspirierte und datengetrieben Methoden des Greifens, Aktive Wahrnehmung, Imitationslernen und Programmieren durch Vormachen, sowie semantische Repräsentationen von sensomotorischem Erfahrungswissen.

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    10: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 15.07.2019

    10: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 15.07.2019

    10 |
    0:00:00 Start
    0:00:05 Imitation Learning
    0:11:06 Motivation: Learning from demonstration and human observation
    0:19:35 Motion Reproduction using MMM
    0:23:06 Open Pose - CMU
    0:26:53 Two levels of representation
    0:33:09 Segmentation
    0:36:10 Key Points
    0:41:28 Zero Velocity Crossings (ZVCs)

    • 46 Min.
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    09: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 08.07.2019

    09: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 08.07.2019

    09 |
    0:00:00 Start
    0:00:05 Adaptive Haptic Perception = Haptic Exploration
    0:02:35 Tactile exploration of a sponge using ARMAR-IIIb
    0:04:37 Motivation
    0:07:14 What is Haptics?
    0:09:47 Haptic Perception
    0:11:25 Haptic exploration can only be active
    0:13:39 Important questions in haptic perception
    0:16:26 Haptic exploration
    0:18:21 Potential Field Based Exploration
    0:21:15 Exploration using dynamic potential fields
    0:25:44 Haptic Exploration with Movemaster
    0:27:37 Extracting Grasp Hypotheses
    0:30:22 Geometric Filtering and Grasp Computation
    0:32:27 Tactile Object Exploration
    0:33:34 Combining Vision and Haptics
    0:33:54 Examples: Bottle
    0:34:30 Visually guided exploration on ARMAR
    0:40:06 Combining vision and haptics for grasping
    0:45:02 Haptic Exploration for Grasping
    0:47:30 Next-Best-Touch for Tactile Exploration
    0:50:19 Plan Exploration Actions Efficiently
    0:55:12 Next-Best-Touch for Tactile Exploration
    0:57:52 Next-Best-Touch
    0:58:46 Haptic Exploration for Grasping
    1:00:30 How many touches are necessary for grasping?
    1:05:24 Exploration and Reconstruction of Unknown Objects using Normal and Contact Sensors
    1:08:16 Fundamental question in active hearing
    1:09:55 Further research topics

    • 1 Std. 12 Min.
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    08: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 24.06.2019

    08: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 24.06.2019

    08 |
    0:00:00 Start
    0:00:08 heutiges Thema: Greifen von unbekannten Objekten
    0:01:10 Detecting and Shape Completion Using Symmetry
    0:04:31 Shape completion
    0:06:19 Finding symmetry planes
    0:09:16 Object shape completion
    0:11:48 From Low-Level Features to Grasp Hypotheses
    0:17:42 ECV based EGA
    0:34:03 Training Data for Grasping
    0:43:53 Deep learning approaches for grasping
    0:48:59 Grasp hypothesis generation and scoring
    0:52:56 Generative approach
    0:56:58 Deep Grasping
    1:08:40 Post Processing
    1:11:10 Evaluation
    1:15:56 Discriminative approach
    1:20:52 Heat map based approach

    • 1 Std. 26 Min.
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    07: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 17.06.2019

    07: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 17.06.2019

    07 |
    0:00:00 Start
    0:00:27 Grasping Familiar Objects: Concepts
    0:04:21 Grasping Familiar/ Similar Objects: approaches
    0:07:41 Discriminative Approaches: Flow-Chart
    0:14:57 Discriminative Approaches: Rao et al.
    0:19:18 Grasp Synthesis by Comparison
    0:29:15 Sensor-Based Exemplars: Herzog et al.
    0:39:07 Generative Models for Grasp synthesis: Song et al.
    0:45:24 Category-Based Grasping: Madry et al.
    0:51:24 Task-Based grasp adaptation
    1:12:35 Grasping Objects: Outline
    1:17:44 Grasping Unknown Objects: Flow-Chart
    1:28:25 Detecting and shape Completion Using Symmetry: Bohg et al.

    • 1 Std. 29 Min.
    • video
    06: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 03.06.2019

    06: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 03.06.2019

    06 |
    0:00:00 Start
    0:00:05 Implementation of synergies in Robotics
    0:05:58 Mechanical implementation of hand synergies
    0:12:10 How to actuate a vector multiple?
    0:15:45 How to mecanically add two vector quantities?
    0:17:43 Putting everything together
    0:20:05 The TUAT/Karlsruhe Humanoid Underactuated Hand
    0:33:31 The KIT prosthetic hand
    0:39:49 Embedded System
    0:54:23 Grasping Objects: Outline
    0:56:26 Grasping Known Objects: Typical Flow-Chart
    1:03:01 KIT Object database
    1:04:30 Grasp Simulator - Simox
    1:15:51 Grasping Familiar Objects: Concept
    1:21:19 Grasping Familiar / Similar Objects: Approaches
    1:24:39 Discriminative Approaches: Flow-Chart

    • 1 Std. 28 Min.
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    05: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 27.05.2019

    05: Robotik II: Humanoide Robotik, Vorlesung, SS 2019, 27.05.2019

    05 |
    0:00:00 Start
    0:00:17 Bullock Taxonomy
    0:04:28 Duality of grasping and balancing
    0:11:31 Type of contacts
    0:14:11 Taxonomy of whole-body poses
    0:15:23 Classification of whole-body actions
    0:17:51 Validation of the Taxonomy
    0:19:12 Analysis of pose transitions
    0:29:23 Language model to generate multi-contact motions
    0:33:02 Motion as sequence of poses
    0:36:24 Postural Synergies and Eigengrasps
    0:36:32 Postural Synergies
    0:59:50 Problems with the synergistic model so far
    1:01:16 The Soft Synergy Model (1)
    1:03:08 The Soft Synergy Model (2)
    1:09:30 Eigengrasps

    • 1 Std. 18 Min.

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