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Title

Sensorimotor learning for an artificial body schema on humanoid robots

AuthorsUlbrich, Stefan
AdvisorDillman, Rudiger; Torras, Carme
Issue Date2014
PublisherUniversität Karlsruhe
Abstract[DE]: Menschen verfügen über die angeborene Fähigkeit, die Lage einzelner eigener Körperteile im Raum zu schätzen, die Gestalt ihres Körpers durch Selbstexploration zu erlernen, Bewegungen im voraus zu planen und darüber hinaus Bewegungen anderer Menschen zu erkennen und zu analysieren. Diese Fähigkeiten setzen eine mentale Repräsentation des eigenen Körpers voraus, die zugleich hochgradig anpassungsfähig als auch multimodal sein muss, um den Menschen die Möglichkeit zu geben, zu planen und dynamisch Änderungen des eigenen Körpers auszugleichen. Beobachten lassen sich diese Fähigkeiten bereits bei Kleinkindern, die direkt nach der Geburt mit der Erkundung des eigenen Körpers beginnen und sich im Laufe ihrer Entwicklung zum Erwachsenen an eine sich ständig verändernde Erscheinung anpassen, sowie in der Akzeptanz künstlicher Prothesen, die sich bei Menschen mit amputierten Gliedmaßen beobachten lässt. Die Mechanismen, die diese Fähigkeiten ermöglichen und tief im menschlichen Gehirn verankert sind, werden in den Neurowissenschaften oftmals unter dem Begriff des Körperschemas (engl. Body Schema) vereint (Head and Holmes, 1911). Die Leistung, die das Gehirn dazu erbringen muss, ist beachtlich, denn bereits an den einfachsten, alltäglichen Handlungen ist das Körperschema maßgeblich beteiligt. Insbesondere gilt dies bei der Verwendung von Werkzeugen. Es lässt sich beobachten, dass unter Verwendung solcher Werkzeuge, die den Aktionsradius vergrößern (z.B. ein Zeigestab oder auch ein Tennisschläger), der fremde Gegenstand direkt in das Körperschema integriert und somit als Teil des eigenen Körpers wahrgenommen wird. Daraus resultiert, dass dieser Gegenstand mit vergleichbarem Geschick zur Manipulation der Umwelt eingesetzt werden kann. Das Körperschema trägt somit maßgeblich zur menschlichen Anpassungsfähigkeit und der Möglichkeit mit der Umwelt auf vielfältige Weise zu interagieren bei.
[EN]: The body schema in humans is a cerebral representation of the current state of the own body. Its plasticity and adaptability allows tool use and the adaption to an ever-changing body. This thesis is about representations for sensorimotor learning on humanoid robots that enable efficient learning for an artificial body schema. Two novel techniques are proposed: The Kinematic Bézier Maps for the representation of kinematic and dynamic models and a decomposition method for accelerating learning.
Descriptionzur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Ingenieurwissenschaften der Fakultät für Informatik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).
URIhttp://hdl.handle.net/10261/155229
Appears in Collections:(IRII) Tesis
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