Rob ótica

1. Robótica Prof. Reinaldo Bianchi Centro Universitário da FEI 2013

2. 11ª Aula IECAT: 15ª aula, depois de aulas de laboratório e P1. Mestrado: 11ª aula mesmo

3. Objetivos desta aula • Apresentar os conceitos básicos da Robótica Móvel: • Introdução, Definições e Aplicações. • Sensores. • Localização. • Locomoção e Controle.

4. Bibliografia • Siegwart e Nourbakhsh, • Introduction to AutonomousMobileRobots • The MIT Press, 2004.

5. RobóticaMóvel Introdução

6. De Manipuladores para Robôs Móveis • A maioria dos robôs em uso em indústrias hoje em dia são manipuladores, que operam dentro de um espaço limitado e não podem mover-se.

7. Robôs Móveis • Robôs móveis são capazes de locomover-se no ambiente em que estão inseridos. • Fisicamente, um robô móvel pode ser decomposto em: • Um mecanismo para fazer o robô locomover-se pelo ambiente. • Um ou mais computadores para controlar o robô. • Uma coleção de sensores com os quais o robô obtém informação do ambiente.

8. Robôs Móveis Autônomos • Autonomia é a habilidade de tomar suas próprias decisões e agir de acordo com elas. • Para robôs, autonomia significa a habilidade de perceber e agir em uma dada situação apropriadamente. • Autonomia pode ser: • completa(R2D2) • parcial (robôs teleoperados)

9. Robôs Móveis Autônomos • Um robô móvel autônomo tem a capacidade de movimentar-se no ambiente em que estiver inserido, perceber o ambiente através de seus sensores, adaptar-se às mudanças no ambiente, aprender a partir de experiências, construir representações internas do seu ambiente, que possam ser usadas no seu processo de tomada de decisão. [Nehmzow2000]

10. Robôs Móveis Autônomos • Há três perguntas básicas em robótica móvel: • Onde estou? • Onde eu estou indo? • Como eu chego lá?

11. Onde estou? • A primeira pergunta refere-se a localização de robôs. • Localização consiste em determinar a posição do robô em relação ao ambiente, utilizando informações provindas do ambiente, adquiridas pelos sensores.

12. Onde eu estou indo? • Saber onde está indo significa conhecer sua posição objetivo. • A posição objetivo depende da tarefa a ser executada pelo robô. • A tarefa pode ter sido informada por um ser humano ou pode ter sido inferida pelo robô, dependendo do seu grau de autonomia.

13. Como eu chego lá? • Para saber como chegar até a posição objetivo, o robô precisa planejar sua trajetória. • Planejamento de trajetória consiste em determinar um caminho no ambiente, entre a posição inicial e a posição objetivo, tal que o robô não colida com nenhum obstáculo do ambiente e que os movimentos planejados sejam consistentes com as restrições físicas do robô.

14. Robôs Móveis Autônomos • Para responder as 3 perguntas o robô deve: • Ter um modelo do ambiente (fornecido ou construído autonomamente). • Perceber e analisar o ambiente. • Encontrar sua posição no ambiente. • Planejar e executar seus movimentos.

15. Em resumo: • A navegação de robôs móveis autônomos é a capacidade do robô movimentar-se dentro de um ambiente, sendo capaz de atingir uma posição objetivo, enquanto desvia de obstáculos que podem ser encontrados no seu caminho.

16. Motivação • “Transformar um robô de um computador sobre rodinhas, que é meramente capaz de perceber algumas propriedades físicas do ambiente através de seus sensores, em um agente inteligente, capaz de identificar atributos, detectar padrões e regularidades, aprender a partir de experiência, localizar-se, construir mapas e navegar, necessita da aplicação simultânea de muitas disciplinas de pesquisa. “ [Nehmzow2000]

17. DefiniçõesBásicas

18. Estado do robô • Estado é uma descrição suficiente do sistema. • O estado pode ser: • Observável: robô sempre conhece seu estado. • Inacessível/Não observável: robô nunca conhece seu estado. • Parcialmente observável: robô conhece parte do seu estado.

19. Estado do robô • Estado externo: estado do mundo • percebido usando os sensores do robô. • Estado interno: estado do robô • Percebido usando sensores proprioceptivos. • Pode ser armazenado/lembrado. • O estado do robô é a combinação do seu estado interno com seu estado externo.

20. Classificação dos Robôs Móveis • Diversas taxonomias podem ser utilizadas para classificar robôs móveis: • Anatomia: • Aéreos. • Aquáticos. • Terrestres (rodas, esteiras, pernas).

21. Classificação dos Robôs Móveis • Tipo de Controle: • Teleoperados: um operador define todos os movimentos que o robô deve executar. • Semi-autônomos: um operador indica o macro comando a ser executado e o robô o executa sozinho. • Autônomos: o robô realiza suas tarefa sozinho, tomando suas próprias decisões.

22. Classificação dos Robôs Móveis • Funcionalidade: • Industriais: utilizados em linha de produção. • De serviço: são utilizados para serviços em geral. Trabalham em ambientes estruturados e conhecidos. • De campo: trabalham em ambientes não estruturados, pouco conhecidos e em geral perigosos. • Pessoais: são os robôs vendidos em prateleiras, que não desenvolvem tarefas específicas, mas interagem com os seres humanos.

23. Classificação dos Robôs Móveis • Movimento: • Holonômico: não apresenta restrições em relação ao movimento do robô. • Não-holonômico: robôs deste tipo estão sujeitos a restrições de movimento. Exemplo: estacionar um carro.

24. Aplicações de RobôsMóveis

25. Aplicações de Robôs Móveis • Há várias aplicações comerciais para robótica móvel: transporte, vigilância, inspeção, limpeza. • Robôs móveis tem pouco impacto em aplicações domésticas e industriais. • A razão disto é a falta de uma navegação robusta e confiável através de um ambiente. • Futuro...

26. Aplicações de robôs - Modernas • Tarefas domésticas simples: • aspirador de pó ou • limpadores de piscinas. • Extração de minério e suporte em Minas. • Exploração: • Espacial • Submarina • Medicina: • Assistentes em cirurgias. • Entretenimento.

27. AGV- Veículos Autônomos Guiados • Nova geração de Automatic Guided Vehicle da VOLVO usados para transportar blocos de motores de uma estação de montagem para outra. É guiado por um fio elétrico instalado no chão. Há cerca de 4000 AGV apenas nas fábricas da VOLVO.

28. Helpmate • HELPMATE é um robô móvel usado em hospitais para tarefas de transporte. Tem vários sensores embarcados para navegação autônoma nos corredores. Para localização, o sensor utilizado é uma câmera apontada para o teto, que pode detectar lâmpadas como marcos de referência (landmark). http://www.ntplx.net/~helpmate/

29. BR700 Cleaning Robot • BR 700 cleaning robot desenvolvido e vendido por Kärcher Inc., Germany. Seu sistema de navegação é baseado em um sistema de sonar e giroscópio. http://www.kaercher.de

30. ROV Tiburon Underwater Robot • Robô ROV Tiburon para arqueologia submarina (teleoperado)- usado por MBARI para pesquisa no fundo do mar.

31. Ambientesperigosos:RobôPioneer • Robô Pioneer, teleoperado para explorar Sarcófago de Chernobyl

32. Forester Robot • Ele foi projetado pela Pulstech para retirar madeira de florestas. A coordenação das patas é automatizada, mas a navegação é operada por seres humanos dentro do robô. http://www.plustech.fi/

33. Robôs para Inspeção de Tubos • Robôs HÄCHER para inspeção e reparação de tubos de esgoto (teleoperado). http://www.haechler.ch

34. Sojourner, Primeiro Robô em Marte • Sojourner foi usado durante a missão Pathfinder para explorar Marte em 1997. Ele foi quase completamente teleoperado da Terra, a menos de alguns sensores on board para detecção de obstáculos. http://ranier.oact.hq.nasa.gov/telerobotics_page/telerobotics.shtm

35. Robôs de Entretenimento:Aiboda Sony • Tamanho: • Cerca de 25 cm • Sensores • Câmera colorida • Microfone estéreo

36. Aspiradores domésticos:Electrolux Trilobite

38. Aspiradores domésticos:iRobotRoomba • iRobot, empresa de Rodney Brooks, lanca o Roomba: • O mais barato aspirador de pó robótico no mercado. • Hoje: www.irobot.com • Fabrica aspiradores, limpadores, avatares, etc.

41. Exploração espacial

42. Spirit of Mars

43. Opportunity making tracks

44. UAVs – Unmanned vehicles • Não são robôs, mas usam muitas das técnicas de robóticas. • UAVs geralmente são veículos aéreos não tripulados (U Aereal V). • Ultimamente carros tem sido automatizados (U Autonomous V). • Qualquer veículo que não necessita um piloto a bordo pode ser considerado um UAV.

45. MQ-9 Reaper, Predator B UAV

46. X-47

47. UAVs

49. Hardware do robô: Sensores e Atuadores

50. "Position" Localization Cognition Global Map Environment Model Path Local Map Real World Perception Motion Control Environment Percepção • Sensores • Incerteza • Atributos