Robert Katzschmann: Katalogdaten im Herbstsemester 2023 |
| Name | Herr Prof. Dr. Robert Katzschmann |
| Namensvarianten | Robert K. Katzschmann R. Katzschmann Robert K Katzschmann Robert Katzschmann Robert Kevin Katzschmann |
| Lehrgebiet | Robotik |
| Adresse | Professur für Robotik ETH Zürich, CLA F 1.2 Tannenstrasse 3 8092 Zürich SWITZERLAND |
| Telefon | +41 44 632 22 40 |
| rkk@ethz.ch | |
| URL | http://srl.ethz.ch |
| Departement | Maschinenbau und Verfahrenstechnik |
| Beziehung | Assistenzprofessor (Tenure Track) |
| Nummer | Titel | ECTS | Umfang | Dozierende | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 151-0073-20L | SARA  Dieser Kurs ist Teil eines Jahreskurses. Die 14 Kreditpunkte werden am Ende des FS2024 vergeben mit neuer Belegung des gleichen Fokus-Projektes im FS2024. Der Kurs ist nur für MAVT BSc und ITET BSc. Zum Fokusprojekt wird zugelassen, wer: a. die Basisprüfung bestanden hat; b. den Block 1 und 2 bestanden hat. | 0 KP | 15A | R. Katzschmann | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung | Die Studierenden erstellen ein biomimetisches Unterwassersystem, das in der Lage ist, autonom Informationen über die Biodiversität in aquatischen Ökosystemen zu sammeln. Die Studierenden lernen in Teams zu arbeiten, Probleme zu strukturieren, Lösungen zu finden, Systeme zu analysieren und zu präsentieren. Sie haben Zugang zu Rapid-Prototyping und neuesten Engineering-Tools. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lernziel | Die vielfältigen Lernziele dieses Fokus-Projektes sind: - Synthetisieren und Vertiefen des theoretischen Wissens aus den Grundlagenfächern des 1.-4. Semesters - Teamorganisation, Arbeiten in Teams, Steigerung der sozialen Kompetenz - Selbständigkeit, Initiative, selbständiges Lernen neuer Themeninhalte - Problemstrukturierung, Lösungsfindung in unscharfen Problemstellungen, Suchen von Informationen - Systembeschreibung und -simulation - Präsentationstechnik, Dokumentationserstellung - Entscheidungsfähigkeit, Realisationsfähigkeit - Werkstatt- und Industriekontakte - Erweiterung und Vertiefung von Sachwissen - Beherrschung modernster Ingenieur-Werkzeuge (Matlab, Simulink, CAD, CAE, PDM) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Inhalt | SURF-eDNA integriert einen environmental DNA (eDNA)-Filter, eine Kamera und Schwimmautonomie in einen biomimetischen soften Unterwasser-Roboterfisch (SURF). Ziel des Projekts ist die Erschaffung eines biomimetischen Unterwassersystems, das in der Lage ist, Informationen über die Biodiversität in aquatischen Ökosystemen autonom zu sammeln. Das System muss minimal invasiv und nicht störend für das Ökosystem sein, in dem es eingesetzt wird. Aus diesem Grund muss das System eine naturähnliche Fortbewegungsmodalität verwenden. Das Projekt wird von einem Team von acht Studierenden im dritten Bachelorjahr am MAVT/ITET der ETH Zürich durchgeführt. Das Team wird vom Team des Soft Robotics Lab geleitet. Das Zieldatum für eine erfolgreiche Forschungsdemonstration ist Ende Mai 2023. Das Projekt ist in drei Arbeitspakete aufgeteilt: 1) Entwurf eines Roboterfisches für die Entnahme von Unterwasserproben; 2) Herstellung mehrerer Roboter-Prototypen; und 3) Ausstattung des System mit Autonomie- und Datenerfassungsfähigkeiten. Wenn Sie mehr über dieses Projekt erfahren möchten, senden Sie bitte eine E-Mail an Prof. Robert Katzschmann (rkk@ethz.ch). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Grundlagen der Regelungstechnik, des Maschinendesigns und der Dynamik. Eine vorherige Exposition gegenüber Mechatronik oder Robotersystemen ist ebenfalls hilfreich. Teilnahme am Fokus-Rollout ist Teil des Fokus-Projekts. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kompetenzen |
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| 151-0073-50L | NOCTUA Dieser Kurs ist Teil eines Jahreskurses. Die 14 Kreditpunkte werden am Ende des FS2024 vergeben mit neuer Belegung des gleichen Fokus-Projektes im FS2024. Der Kurs ist nur für MAVT BSc und ITET BSc. Zum Fokusprojekt wird zugelassen, wer: a. die Basisprüfung bestanden hat; b. den Block 1 und 2 bestanden hat. | 0 KP | 15A | R. Katzschmann, P. Ermanni, M. Zeilinger | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung | Studenten entwickeln Sensoren und integrieren diese in einen Anzug für Immersion. Der Anzug bildet die Bewegung des menschlichen Körpers in der virtuellen oder erweiterten Realität ab. Die Studierenden lernen in Teams zu arbeiten, Probleme zu strukturieren, Lösungen zu finden, Systeme zu analysieren und zu präsentieren. Sie haben Zugang zu Rapid-Prototyping und neuesten Engineering-Tools. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lernziel | Die vielfältigen Lernziele dieses Fokus-Projektes sind: - Synthetisieren und Vertiefen des theoretischen Wissens aus den Grundlagenfächern des 1.-4. Semesters - Teamorganisation, Arbeiten in Teams, Steigerung der sozialen Kompetenz - Selbständigkeit, Initiative, selbständiges Lernen neuer Themeninhalte - Problemstrukturierung, Lösungsfindung in unscharfen Problemstellungen, Suchen von Informationen - Systembeschreibung und -simulation - Präsentationstechnik, Dokumentationserstellung - Entscheidungsfähigkeit, Realisationsfähigkeit - Werkstatt- und Industriekontakte - Erweiterung und Vertiefung von Sachwissen - Beherrschung modernster Ingenieur-Werkzeuge (Matlab, Simulink, CAD, CAE, PDM) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Inhalt | In diesem Fokusprojekt entwickeln Studierende die Plattform MetaSuit. Zusammen mit ihrem Team entwerfen, bauen und testen sie einen tragbaren Anzug, der die Pose und Bewegung des menschlichen Körpers in einen Raum der virtuellen Realität (VR) oder erweiterten Realität (AR) abbildet. MetaSuit sieht die Integration weicher künstlicher Muskeln in einen Ganzkörperanzug für immersive Erfahrungen vor. Als Kerntechnologie dienen hydraulisch verstärkte elektrostatische Aktuatoren, die in diesem Projekt sowohl für die Propriozeption als auch für die Aktuierung verwendet werden. Diese Technologie verschmilzt dünne dielektrische Filme zu verformbaren Beuteln, injiziert die geformten Beutel mit dielektrischem Öl und beschichtet sie mit flexiblen Elektroden. Das Anlegen niedriger Ströme bei hohen Spannungen aktiviert diese Kondensatoren, indem die Elektroden zusammengezogen werden und die Flüssigkeit in einen Unterabschnitt des verformbaren Beutels gedrückt wird. Die Kernidee dabei ist, den gezippten Zustand dieser kapazitiven Aktoren auszulesen und sie damit zu Sensoren zu machen. Das Hauptziel des Projekts ist es, einen weichen, leichten und sich natürlich anfühlenden Anzug zu schaffen, der es Benutzern ermöglicht, in eine Zielumgebung einzutauchen, in der sich der Benutzer reibungslos bewegen und mit Objekten und anderen Benutzern interagieren kann. Solche Zielumgebungen können von gefährlichen Umgebungen, die aufgeräumt werden müssen, bis hin zu virtuellen Treffpunkten reichen, die Lernen und Training ermöglichen. Das Projekt wird von einem Team von acht Bachelor-Forschenden geleitet, die sich im 3. Jahr des Bachelor-Studiums an der ETH Zürich befinden. Die Teammitglieder haben einen Hintergrund in Informatik und Maschinenbau/Elektrotechnik. Die Betreuung und Leitung des Teams erfolgt durch das Soft Robotics Lab. Das Zieldatum für eine erfolgreiche Forschungsdemonstration ist Ende Mai 2023. Wenn Sie mehr über dieses Projekt erfahren möchten, senden Sie bitte eine E-Mail an Prof. Robert Katzschmann (rkk@ethz.ch). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Grundlagen der Regelungstechnik, des Maschinendesigns und der Dynamik. Eine vorherige Exposition gegenüber Mechatronik oder Robotersystemen ist ebenfalls hilfreich. Teilnahme am Fokus-Rollout ist Teil des Fokus-Projekts. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kompetenzen |
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| 151-0615-00L | Real-World Robotics - A Hands-On Project Class | 4 KP | 9A | R. Katzschmann | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung | During this course, the students will develop an articulated robotic hand to solve a real-world robotic challenge, where the robot has to perform object grasping. The students will learn the key theoretical concepts required to model, manufacture, control and test their robot, alongside developing the programming, hardware and engineering skills through the hands-on project. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lernziel | Learning Objective 1: High-Level System Design System and product design combined with requirement generation and verification are essential for this robotics project. The students will apply previously acquired system design knowledge and methods to a hands-on challenge. Learning Objective 2: Robot Design and Simulation Students will gain experience implementing and simulating robotic systems using modern design, modelling, and simulation techniques such as CAD and Isaac Gym. These techniques are essential in any design process to understand the expected system behaviour. This requires a thorough understanding of the system’s kinematics, dynamics, material, actuation principle, and physical limitations. Students will learn the theory and limitations behind modelling and simulation software. Learning Objective 3: Robot Fabrication Students will learn to use the previously designed CAD models for successful robot fabrication. Additionally, the iterative nature of the process will allow them to develop their critical thinking skills in assessing the limitations of their design as well as possible sources for improvements. Building the robot will equip students with essential skills for using robots in the real world. Learning Objective 4: Control, Integration, and Testing Students can directly apply the knowledge acquired in their baseline control courses. They will gain theoretical knowledge on how to model and develop intelligent control algorithms. Perception methods and alternative machine-learning techniques will be taught. They will gain experience in testing their robots’ performance in both hard- and software to enhance their design and suggest future improvements. Learning Objective 5: Robot production Students will learn how to choose between state-of-the-art industrial production processes to manufacture a soft robot, by understanding their limitations and requirements. They will also learn how to optimize the robot design to account for a specific production process. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Inhalt | During this course, the students will be divided into teams and each group will independently develop an articulated robotic arm to solve a real-world robotic challenge, which will take place at the end of the course. The students will learn the key theoretical concepts required to model, manufacture, control and test a soft robot, along with developing the programming, hardware and engineering skills through hands-on workshops. This course is composed of tutorials, which will be available on the course website where the lecturer will provide all the necessary theoretical input, focus talks where robotic experts will present a particular aspect of the manipulator in detail, and workshops where the students will have the possibility to hands-on learn how to implement the solutions required to solve their challenge. Finally, there will be time slots to autonomously work on the manufacturing and development of the team's robot and an online forum will be available to help the students throughout the entire course. This course is divided into 5 parts: Part 1: Challenge introduction - Identify the functional requirements necessary for the final challenge - Evaluate the existing manipulator designs to optimize them for the specific task Part 2: Robot Design - Develop a CAD model based on the high-level system design. - Integrate motors, pneumatics components and other required materials in the design Part 3: Robot Fabrication - Come up with a fabrication method and plan using the presented fabrication skills. - Fabricate the robot and its actuators based on the CAD model. - Evaluate, modify, and enhance the fabrication approach. Part 4: Soft Robot Simulation - Simulate the soft manipulator through a simulation framework - Optimize the simulation parameters to reflect the experimental setup Part 5: Control, Integration, and Testing - Formulate the dynamic skills needed for real-life application. - Develop traditional and learning-based control algorithms and test them in simulation. - Integrate controller design into the fabricated robot. - Build, test, fail, and repeat until the soft robot works as desired in simple tasks. - Upgrade and validate the robot for performance in real-world conditions and verify requirements. Part 6: Product development - Propose a manufacturing process to bring the robot from a prototype to the final product - Optimize the robot for production | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Skript | All class materials, including slides, tutorials, and supporting literature can be found on the class webpage (rwr.ethz.ch) and on Moodle, supported by discussion and Q&A forums. Focus talks, Q&A sessions, and workshops will happen on Monday between 14:00 and 16:00. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Literatur | 1) Yasa et al. "An Overview of Soft Robotics." Annu. Rev. Control Robot. Auton. Syst. (2023). 6:1–29. 2) Toshimitsu, Yasunori, et al. "Getting the Ball Rolling: Learning a Dexterous Policy for a Biomimetic Tendon-Driven Hand with Rolling Contact Joints." arXiv preprint arXiv:2308.02453 (2023). 3) Polygerinos et al. "Soft robotics: Review of fluid‐driven intrinsically soft devices; manufacturing, sensing, control, and applications in human‐robot interaction." Advanced Engineering Materials 19.12 (2017): 1700016. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Students are expected to have attended introductory courses in dynamics, control systems and robotics. The registration to this course is limited to 40 students. For this reason, it is required to apply through the following module: https://forms.gle/tXfK8KrHra7bmAwk8 The graded semester performance consists of the final team performance in the class challenge, a final team presentation and report, weekly Moodle quizzes, and attendance at the focus talks and workshops. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kompetenzen |
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| 151-0623-00L | ETH Zurich Distinguished Seminar in Robotics, Systems and Controls | 1 KP | 1S | B. Nelson, M. Hutter, R. Katzschmann, C. Menon, R. Riener, R. Siegwart | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung | This course consists of a series of seven lectures given by researchers who have distinguished themselves in the area of Robotics, Systems, and Controls. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Lernziel | Obtain an overview of various topics in Robotics, Systems, and Controls from leaders in the field. Please see http://www.msrl.ethz.ch/education/distinguished-seminar-in-robotics--systems---controls--151-0623-0.html for a list of upcoming lectures. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Inhalt | This course consists of a series of seven lectures given by researchers who have distinguished themselves in the area of Robotics, Systems, and Controls. MSc students in Robotics, Systems, and Controls are required to attend every lecture. Attendance will be monitored. If for some reason a student cannot attend one of the lectures, the student must select another ETH or University of Zurich seminar related to the field and submit a one page description of the seminar topic. Please see http://www.msrl.ethz.ch/education/distinguished-seminar-in-robotics--systems---controls--151-0623-0.html for a suggestion of other lectures. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Voraussetzungen / Besonderes | Students are required to attend all seven lectures to obtain credit. If a student must miss a lecture then attendance at a related special lecture will be accepted that is reported in a one page summary of the attended lecture. No exceptions to this rule are allowed. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||