Robótica Inteligente

1. Robótica Inteligente L. Enrique Sucar y Alberto Reyes ITESM Cuernavaca

2. Robótica Inteligente • Intenciones educativas • Objetivos • Metodología • Temario • Políticas • Concurso: Robótica IEEE

3. ¿Qué es un robot?

4. Un robot es ... • “manipulador programable y multifuncional diseñado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos específicos mediante movimientos programados para realizar diferentes tareas” [Instituto de Robótica de América]

5. Un robot es ... • “agente activo artificial cuyo ambiente es el mundo físico” [Russell y Norvig] • “conexión inteligente de percepción a acción” [Jones y Flynn] • “una máquina programable capaz de percibir y actuar en el mundo con cierta autonomía” [Sucar]

6. Tipos de Robots • Robots manipuladores (brazos) • Robots móviles • Robots “híbridos” (móviles con manipulación) • Vehículos autónomos • Robots caminantes • 2 patas (humanoides) • 4/6 patas (insectos)

7. Un poco de historia ... • La palabra robot proviene del checo “robota” (labor,trabajo) y “robotnik” (trabajador). Fue introducida por el escritor Karel Kapek en la obra “R.U.R.” • Los primeros robots aparecen en la mitología griega y en obras de ficción: • Talos, gigante de bronze que vigilaba Creta • Golem, protector de los judíos en Praga • Frankestein • “I Robot”, Asimov (leyes de la robótica) • Películas: Robbie, Gort, Rosie, Robot, R2D2, ...

8. Un poco de historia ... • Primeros robots: • 1890, Tesla: vehículos radio controlados • 1940s, Wiener: dispositivo antiaéreo • 1950: tortuga electrónica • 1966, S.R.I: Shakey (primer robot móvil con IA) • 1960s, G.E., Quadruped (primeros robots de patas) • 1973, Stanford: Cart • 1975, Francia: Hilare I • 1980, C.M.U.: Rover • 1985  explosión de robots en universidades y compañías

9. Aplicaciones • Manufactura y manejo de materiales • Ambientes hostiles • Exploración espacial e interplanetaria • Robots de servicio • Telepresencia y realidad virtual • Mililtares y operaciones de rescate • Ambientes submarinos • Estudios fisiológicos y cognitivos • Entretenimiento y juegos

10. Partes de un Robot Comunicación Sensores “Inteligencia” Control Actuadores Potencia

11. Actuadores • Dispositivos que permiten al robot modificar el medio ambiente • Dos tipos principales: • Locomoción: cambiar la posición del robot respecto al medio ambiente • Manipulación: mover otros objetos en el medio ambiente

12. Locomoción • Existen dos formas básicas de locomoción: • Robots con ruedas • Robots con patas • Ruedas: • más simples y eficientes, fáciles de controlar • limitadas a terrenos planos • Patas: • complejas, inestables, difíciles de controlar • mayor flexibilidad para todo tipo de terreno

13. Manipulación • Normalmente construidos en base a una serie de segmentos con articulaciones entre ellos (como un brazo) • Tres tipos básicos de articulaciones: • Rotacionales • Cilíndricas • Prismáticas • Mayor número de articulaciones dan mayor flexibilidad (grados de libertad), pero hacen más complejo el control

14. Manipulación • Los manipuladores tienen en el extremo un efector final que interactúa directamente con los objetos • Existen diferentes tipos de efectores dependiendo de la tarea: • pinzas • herramientas (desarmador. ...) • pistola de pintura, soldadora • “manos”

15. Sensores • Dispositivos que permiten al robot percibir el medio ambiente y su estado interno • Principales tipos: • “propriception” – posición y movimiento: • Codificadores en uniones de manipuladores • Odometría en robots móviles • fuerza (bumpers) • Táctiles • Ultrasonido (sonares)

16. Sensores • Cámaras • Foto-receptores • Apuntadores láser • Telémetros láser • Sensores de energía • Brújulas

17. Potencia • Sistema de potencia que proporcionan la energía eléctrica para la operación de las diferentes partes: electrónica, motores, sensores, etc. • Los robots manipuladores se pueden alimentar de las líneas eléctricas (fijos), mientras que los robots móviles normalmente se alimentan de baterías

18. Control • Provee la interfaz entre el sistema de procesamiento del robot y sus sensores y actuadores • Normalmente se realiza mediante una combinación de hardware y software • Provee una serie de comandos (subrutinas) para los programas de alto nivel del robot (“inteligencia”)

19. “Inteligencia” • Programas que permiten que el robot realice sus tareas • Dependiendo del tipo de robot y de la complejidad y variedad de las tareas a realizar, se tienen diferentes tipos de programas

20. “Inteligencia” • Algunas tareas de un robot móvil: • Integrar/interpretar la información de sus sensores • Navegación (evitar obstáculos, ir a cierto lugar - meta) • Planeación (decidir la serie de pasos para cumplir una o más metas) • Construir modelos del ambiente (mapas) • Localizarse en el mundo (en el mapa) • Reconocer lugares y/o objetos • Manipular objetos • Comunicarse con otros agentes: computadoras, otros robots, personas

21. “Inteligencia” • Modelos del ambiente: mapa • Un mapa es una representación del espacio que indica los lugares libres y ocupados que ayudan a navegar al robot, y posiblemente objetos y lugares específicos (marcas) • Tipos de mapas: • Decomposición espacial • Representaciones geométricas • Representaciones topológicas

22. “Inteligencia” • Ejemplos de integración sensorial, construcción de mapas y navegación Mapas de celdas probabilísticos

23. “Inteligencia” • Ejemplo de robot construyendo un mapa

24. Comunicación • En diversas aplicaciones es necesario que el robot se comunique con otros agentes • Tipos de comunicación: • Telecontrol: programación y control a distancia • Coordinación: comunicación con robots u otras máquinas para realizar tareas conjuntas • Interacción humano-robot: comunicación con personas para recibir comandos o dar información

25. Comunicación • Ejemplo de telecontrol via Internet Robot móvil Observador Servidor Internet

26. Comunicación • Ejemplo de comandos gestuales

27. Comunicación • Reconocimiento y Telecontrol mediante ademanes

28. Comunicación • Ejemplo de interacción humano-robot

29. Tipos de Robots • Desde el punto de vista de la tarea, podemos clasificar a los robots en 2 tipos principales: • robots industriales • robots de servicio

30. Robots industriales • Tarea repetitiva • Ambiente conocido y controlado • No hay interacción con personas • Poca flexibilidad • Poca movilidad

31. Robots de servicio • Ambientes desconocidos • Ambientes dinámicos • Necesidad de movilidad • Interacción con personas • Ambientes exteriores • Necesidad de flexibilidad

32. Robots de servicio • Guías – guiar en un museo, explicar exhibiciones, ... • Ayudantes – cortar pasto, aspirar la casa, vigilar cuando no estoy, ayudar a personas discapacitadas, ...

33. Robots de servicio • Rescate – localizar sobrevivientes en un desastre natural, ... • Exploración – explorar un volcán, un arrecife, Marte, ... • ...

34. Áreas del conocimiento • Ingeniería mecánica • Ingeniería eléctrica / electrónica • Control • Computación • Inteligencia artificial • Matemáticas • Psicología, zoología, neurociencias

35. Temas Principales • Mecánica básica • Sensores y Actuadores, Visión • Introducción a Control • Arquitecturas y Programación • Modelados del Espacio • Planeación de trayectorias • Aprendizaje • Construcción de mapas, localización

36. Referencias • [Jones, Flynn] Cap. 1 • [Russell, Norvig] Cap. 25 • [Dudek, Jenkin] Cap. 1

37. Actividades • Integrar grupos de trabajo • Consultar páginas de concursos anteriores de MiniRobótica (LA, Universitario, IEEE) • Revisar y estudiar plataformas robóticas en el laboratorio • Entregar: • equipos de trabajo • análisis de las diferentes plataformas robóticas y selección inicial

38. Imágenes – Qro. 2002

39. Imágenes – Qro. 2002