Wstęp do robotyki. Plan wykładów. Wojciech Szynkiewicz. Plan wykładu... Plan wykładu... Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej PW

Transkrypt

1 Plan wykładów Wstęp do robotyki Wojciech Szynkiewicz pok Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej PW Podstawowe pojęcia z dziedziny robotyki: krótka historia robotyki, działy robotyki, definicja robota i elementy składowe systemu robotycznego: efektory, czujniki, układ lokomocji, układ sterowania komputerowego. Rodzaje robotów i ich charakterystyka oraz zastosowania: roboty mobilne (kołowe, gąsienicowe, kroczące, pływające, latające), roboty manipulacyjne; roboty przemysłowe, usługowe, roboty specjalne. Budowa i programowanie robotów modułowych zestawy Lego NXT Mindstorms: budowa i funkcje mikrosterownika NXT, silniki i czujniki. Budowa i funkcje środowiska NBC/NXC do programowania robotów. Opis połoŝenia i orientacji: podstawowe pojęcia matematyczne, wybrane reprezentacje połoŝenia i orientacji, macierz przekształcenia jednorodnego. Opis prędkości: prędkość liniowa i prędkość kątowa. Kinematyka układu robotycznego: więzy holonomiczne i nieholonomiczne, struktury kinematyczne manipulatorów robotów. Kinematyka manipulatora: reprezentacja Denavita- Hartenberga, proste i odwrotne zadanie kinematyki. Plan wykładu... Jakobiany: analityczny i geometryczny manipulatora. Układy lokomocji. Roboty kroczące (skaczące, dwunoŝne, cztero-, sześcio-, ośmionoŝne), roboty kołowe. Podstawowe rodzaje baz jezdnych kołowych robotów mobilnych i ich charakterystyka. Opis i klasyfikacja robotów kołowych. Rodzaje kół. Kinematyka robota mobilnego: równania ruchu prostych robotów kołowych, pojęcia mobilności i sterowności i manewrowości robotów kołowych. Percepcja. Klasyfikacja czujników. Czujniki stosowane w robotach: odometryczne, inercyjne, dotykowe, zbliŝeniowe, odległości, orientacji, kamery wizyjne. Przetwarzanie danych. Problem autonomicznej nawigacji robota mobilnego: samolokalizacja, planowanie ścieŝki, tworzenie mapy środowiska. Struktury i metody sterowania robotów: sterowanie reaktywne, behawioralne, bazujące na modelu, struktury hybrydowe. Plan wykładu... Systemy wielorobotowe. Cele tworzenia, problemy i typowe zadania (np. RoboCup). Podział systemów wielorobotowych ze względu na: strukturę organizacji, sposoby komunikacji oraz stopień współpracy robotów. Uczenie się agentów/robotów: cele i rodzaje uczenia się, metody uczenia się.

2 Literatura 1. Szynkiewicz W.: Rozszerzony konspekt wykładu: Wstęp do Robotyki 2. Arkin R.: Behavior-Based Robotics (Intelligent Robotics and Autonomous Agents), MIT Press, Craig J.: Wprowadzenie do robotyki, WNT, Dudek G., Jenkin M.: Computational Principles of Mobile Robotics Cambridge University Press, Kozłowski K., Dutkiewicz P., Wróblewski W.: Modelowanie i sterowanie robotów, PWN, Warszawa, Russell S., Norvig P.: Artificial Intelligence: A Modern Approach, Prentice Hall, 2nd edition, Siegwart R., Nourbakhsh I. R.: Introduction to Autonomous Mobile Robots, The MIT Press, Spong M.W., Vidyasagar M.: Dynamika i sterowanie robotów, WNT, Warszawa, Tchoń K., Mazur A., Dulęba I., Hossa R., Muszyński R.: Manipulatory i roboty mobilne, Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, Zielińska T.: Maszyny kroczące, PWN, Warszawa, Plan wykładu 1 Definicje robota i geneza słowa robot. Co to jest robotyka? Krótka historia robotyki. Podstawowe pojęcia robotyki. Po co konstruujemy roboty? Elementy składowe robota. Rodzaje robotów i ich charakterystyka. Wybrane zastosowania robotów. Definicje robota i geneza słowa robot Programowalny, wielofunkcyjny manipulator zaprojektowany do przemieszczania materiałów, narzędzi lub specjalizowanych urządzeń poprzez róŝne programowane ruchy w celu realizacji róŝnych zadań [RIA]. Autonomiczne urządzenie wykonujące funkcje zazwyczaj przypisane ludziom czasem jest to nawet maszyna imitująca człowieka [słownik języka polskiego, słownik Webstera]. System, który istnieje w fizycznym świecie i autonomicznie wyczuwa swoje otoczenie i celowo na nie oddziałuje. Robot to inteligentne połączenie pomiędzy percepcją i działaniem [M.Brady]. Termin,,robot pochodzi od czeskiego słowa,,robota czyli pańszczyzna (w domyśle praca niewolnicza) [KarelČapek -,,R.U.R (Rossum s Universal Robots), 1920].,,Robotyka zajmuje się projektowaniem, budową, badaniem i wykorzystaniem robotów [słowo,,robotics - Isaac Asimov, 1941, opowiadanie Liar! ]. Elektronika Biologia Mechanika Robotyka Informatyka Matematyka Automatyka

3 Krótka historia robotyki Egipt, 1400 p.n.e zegary wodne, ruchome figury (wyrocznie) StaroŜytna Grecja, Bibilonia, Chiny mechanizmy (ruchome posągi) napędzane spadającą wodą, parą wodną i piaskiem 1737 mechaniczna kaczka (chodziła, ruszała skrzydłami, kwakała, jadła i wydalała) [Jacques de Vaucanson] 1770 automaty krzywkowe napędzane spręŝynowym mechanizmem zegarowym (pisały, rysowały, grały na instrumentach muzycznych) [Pierre i Henri-Louis Jaquet-Droz] 1940 cybernetyka [Norbert Wiener] 1950 cybernetyczne Ŝółwie [W. Grey Walter] 1956 pierwszy manipulator Unimate [G. Devol, J. Engelberger] 1961 pierwszy robot w przemyśle samochodowym [General Motors] 1966 pierwszy robot mobilny Shakey [Stanford Research Institute] 1970 pojazd Łunachod do badania powierzchni KsięŜyca [ZSRR] 1973 pierwszy język programowania robotów (WAVE) [Univ. Stanford] 1974 robot ze sterowaniem komputerowym T^3 [Cincinnati Milacron] 1996 robot humanoidalny P3 (Asimo 2003) [Honda] 1997 robot Sojourner do eksploracji powierzchni Marsa [NASA JPL] Historyczne automaty - roboty

4 Ograniczone moŝliwości zmysłów Elementy składowe robota Receptory (czujniki) fizyczne urządzenia, które mierzą wielkości fizyczne (wizyjne, ultradźwiękowe, zbliŝeniowe, dotykowe) Efektory układy wykonawcze, napędy, narzędzia Układ sterujący sterowniki, komputer sterujący Czujniki Sensors Procesor Efektory Sensors

5 Typy robotów Manipulatory przemysłowe szeregowe równoległe Roboty mobilne autonomiczne pojazdy kołowe pojazdy podwodne pojazdy pływające maszyny kroczące, skaczące roboty latające roboty kosmiczne Roboty specjalne mikro, nanoroboty

6

7 Autonomiczny samochód CMU NavLab Ford Model T Przemieszczanie się jazda pokonywanie przeszkód

8

9 Roboty humanoidalne

10 Maszyny kroczące Maszyny kroczące

11 Roboty podwodne manipulacja Manipulacja chwyt Manipulacja chwyt manipulacja

12 Zastosowania robotów Przemysłowe Kosmiczne Inspekcyjno-interwencyjne Wojskowe Medyczne Usługowe

13 Maszyny latające Predator

14

15

16 Odkurzacze spalinowe Hercules H.C.Booth 1901 (GB) Electrolux Trilobite 2001 McCreery 1902 (USA) Elektryczny Hoover 1907 Odkurzacze o napędzie ręcznym

17 Nasze roboty Nasze roboty

18 Nasze roboty Roboty edukacyjne Roboty edukacyjne