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Über dieses Buch

Ziele des Buches ist es, den Roboter als lernendes System aufzufassen, es als wissensbasiertes Modellsystem zu konzeptionalisieren und dieses System durch intelligente, rechnerbasierte Technologien in funktionaler Hinsicht zu implementieren. Das Ziel eines Ansatzes liegt in der Steigerung des systemischen Intelligenzquotienten (sIQ). Erreichbar wird dieses Ziel durch eine Modellierung auf Basis der Kognitionstheorie und der konkreten (Aus) implementierung dieser Modelle durch den Einsatz der Cognitive Computing Technologien unter der Programmiersprache Java.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung als Motivation

Zusammenfassung
Im Laufe der Menschheitsgeschichte betete der Mensch seine Götter nicht nur an, sondern trat hier und da in Konkurrenz zu ihnen. Unterstützt durch Anstrengungen auf mythologischem, magisch-biologischem und technisch-mechanischem Gebiet zeigen sich die Ergebnisse in verschiedenen Erscheinungsformen: von der belebten Statue bis zur einfühlsamen Puppe, von der plastischen Wachsfigur bis zur mechanischen Marionette, vom Golem bis zum Homunkulus, vom Teraphim bis zur Alraune, vom Maschinen- und Uhrwerk bis zum Androiden, vom mechanischen Spielzeug bis hin zum intelligenten Automaten, um letztlich beim kognitiven Roboter zu landen.
Matthias Haun

2. Grundlagen

Zusammenfassung
Dieses Kapitel ist der Behandlung wichtiger Grundlagen und der Einführung zentraler Begriffe gewidmet. Der Gebrauch schlecht definierter Ausdrücke mit zentraler Bedeutung sollte in einem guten Buch bzw. in fundierten Theorien vermieden werden. In gewissem Sinne stellen der Verlauf dieses Buches und seine Inhalte ein wissenschaftliches Experiment dar, indem immer Fragen an die Natur im Allgemeinen und an die Robotik im Speziellen gestellt werden. Aus den Antworten und aus den Daten werden vorläufige Vermutungen, das heißt Hypothesen, abgeleitet, diese der Gemeinschaft der Leser vorgestellt und damit auch der Validierung bzw. Kritik ausgesetzt.
Matthias Haun

3. Vorgehensmodell

Zusammenfassung
Das in diesem Kapitel erarbeitete Vorgehensmodell als eine wissensbasierte Vorgehenweise von der Problemstellung, Analyse und Design der Systemlösung über die Realisierung, der Validierung und dem produktiven Einsatz ist die Basis für innovative Roboterlösungen. Dieses Vorgehensmodell kann als Kunst verstanden werden, die Problemstellung so zu verstehen, dass adäquate Roboter(lösung)en entwickelt werden können. Kunst also nicht darum, weil hier ein artifizielles Werk entsteht, sondern weil die Praxis des Vorgehensmodells eher einem kreativen Prozess als einem linearen, sequentiellen bzw. „hart verkrustetem“ Verfahren ähnelt.
Matthias Haun

4. Konzeptionalisierung

Zusammenfassung
Als Architektur des Robotersystems bezeichnet man das Strukturprinzip der Komponenten, welche in ihrer Gesamtheit dafür verantwortlich sind, dass das Robotersystem die gestellten Probleme zu lösen in der Lage ist.
Matthias Haun

5. Implementierung

Zusammenfassung
In diesem Buch werden in Bezug auf die Mechanik und Kinematik folgende Teilsysteme unterschieden: Achsregelung und Antrieb (Motoren, Stromversorgung), Sensoren, Steuerung, sowie Programmierung. Die Mechanik des Roboters bestimmt seine Fähigkeit, in seiner Umgebung mit dem (End)effektor eine definierte Position und Orientierung einzunehmen bzw. eine Bewegungsbahn (Trajektorie) im dreidimensionalen euklidischen Raum abzufahren. Die Kinematik beschäftigt sich hingegen mit der Geometrie und den zeitabhängigen Aspekten der Bewegung, ohne die Kräfte, die die Bewegung verursachen, in die Überlegungen mit einzubeziehen.
Matthias Haun

6. Validierung

Zusammenfassung
Durch die Validierung soll in den nächsten Abschnitten festgestellt werden, ob die bisher entwickelten Modellannahmen ausreichen, um ein kognitives Robotersysteme durch entsprechende Implementierung so zu realisieren, dass dieses System die geforderten „intellektuellen“ Leistungen erbringen kann. Dabei wird sich an einem Anwendungsfall aus der mobilen Robotik orientiert, da dort komplexe kognitive Fähigkeiten nicht nur erforderlich sind, sondern die Erbringung solcher Leistungen auch entsprechend empirisch und anschaulich untersucht werden können. Im Verlauf dieses Kapitels wird daher ein autonomes Robotersystem auf Basis eines kognitiven Robotersystems entwickelt, das sich autonom in einem unstrukturierten räumlichen Umfeld einer Simulationsumgebung orientieren, fortbewegen und bestimmte Objekte durch Interoperation auffinden kann.
Matthias Haun

7. Ausblick als Motivation

Zusammenfassung
In diesem Kapitel soll abschließend ein Ausblick versucht, aber auch Empfehlungen ausgesprochen werden. Dies erscheint aus mehreren Gründen berechtigt und sogar notwendig. Es werden sich nicht nur neue Theorien über kognitive Modelle entwickeln und diese in interoperative Systeme implementieren lassen, sondern diese Entwicklung als Ganzes wird sich auch auf das „natürliche“ Leben aus- und auf den Alltag einwirken. Um mit den Worten dieses Buches zu sprechen: Kognitive Theorien, Modelle, Simulationen artifizieller Kognition und kognitive Robotersysteme werden mit der Welt interoperieren.
Matthias Haun

8. Musterlösungen

Zusammenfassung
Im Rahmen dieser Musterlösung wird in den nächsten Abschnitten ein Anwendungsfall beschrieben, der sowohl die statischen als auch die dynamischen Aspekte einer Problemstellung abdeckt. Anhand dieses Anwendungsfalles sollen die wesentlichen Aspekte behandelt werden, die im Rahmen einer Problemlösung von Wichtigkeit sind. Insofern vereint diese Musterlöung Aspekte wie beispielsweise Vorgehensmodelle, Die Akquisition von Wissen, Plattformen, Beschreibung- bzw. Modellierungsnotationen und Programmiersprachen.
Matthias Haun

Backmatter

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