Introducción a la Robótica Móvil - part 4/4
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4th part of a spanish intro pre-grad. course of Mobile Robotics. en esta parte tratase de: Modelado del Entorno, Landmarks, Map Building, Exploración del Entorno, SLAM, Arquitecturas de Control, ...

4th part of a spanish intro pre-grad. course of Mobile Robotics. en esta parte tratase de: Modelado del Entorno, Landmarks, Map Building, Exploración del Entorno, SLAM, Arquitecturas de Control, Método dos Campos Potenciales (reactivo), planeamento de trayectorias, decomposición trapezoidal, diagramas de Voronoi, Decomposiciones Functionals de Mecanismos de Control Hierarquicos, Control por Comportamiento (Behaviour guided), arquitecturas hibridas de control, Tendencias Futuras. - Material de 2009 (Carreta de Ingenieria Eléctrica - Pontificia Universidad Católica de Valparaiso - Chile - 2009).

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Introducción a la Robótica Móvil - part 4/4 Introducción a la Robótica Móvil - part 4/4 Presentation Transcript

  • Introducción a laRobótica MóvilProf. Dr.Eng. Fernando Passold
  • Introducción a la Robótica Móvil Sumario 6. Modelaje del Entorno 1. Tipos de Robots Definición Diferencia robot manipulador x Robot Móvil; Uso de landmarks Características do robot móvil; Descomposición geométrica del entorno Fusión geométrica o "map building" 2. Aplicaciones de robots móviles Formas de modelaje del entorno 3. Robots móviles terrestres 7. Arquitecturas de Robots Móviles Tipos de tracción para robots móviles terrestres; Reactivas Por planeamiento (Deliberativas) 4. Sensores Basado en Comportamiento Tipos de Sensores; Descomposición Funcional del Sistema de Fuentes de Errores Control Actividades del Control por Comportamiento 5. Integración (o Fusión) Sensorial Arquitecturas híbridas Definición Ejemplos de Arquitecturas de Controle Formas de Integración Sensorial 8. Tendencias Futuras: Enfoques para Integración Sensorial Otros métodos Bibliografía Proyecto de los Sensores utilizados Bibliografía Recomendada Codec MPEG4: Especificación Lógica de Sensores Quick Modelaje de los Sensores Time MPEG2 Video Decoder:Introducción a la Robótica Móvil 2
  • Introducción a la Robótica Móvil Bibliografía recomendada [Torres, 2002] Torres, Ferando; Pomares, Jorge; Gil, Pablo; Puente, Santiago T.; Aracil, Rafael; Robots y Sistemas Sensoriales, Pearson Educación, Madrid, p. 480, 2002. [Siegwart, 2004] Siegwart, Roland and Nourbakshsh; Introduction to Autonomous Mobile Robots, Bradford Books/The MIT Press, Massachusetts, p. 321, 2004. http://www.mobilerobots.org [Thurn, 2006] Thurn, Sebastian; Burgard, Wolfram; Fox, Dieter; Probabilistic Robotics, The MIT Press, Massachusetts, p. 647, 2006. [Murphy, 2000] Murphy, Robin R.; Introduction to AI Robotics; Bradford Books/The MIT Press, Massachusetts, p. 466, 2000 [Siciliano, 2008] Siciliano, Bruno; Khatib, Oussama (eds.), Springer Handbook of Robotics, Springer, p. 1591, 2008. [Borenstein, 1996] J. Borenstein, J.; Everett, H. R., and Feng, L., Where am I? - Systems and Methods for Mobile Robot Positioning, p. 282, 1996. http://www-personal.umich.edu/~johannb/position.htm http://www-personal.umich.edu/~johannb/shared/pos96rep.pdf (12,5 Mb - Disponible en May/2009)Introducción a la Robótica Móvil 3
  • 6. Modelado del Entorno A exploração baseada em sensores possibilita ao robô explorar e mapear um entorno desconhecido, usando as informações dos sensores. Um dos componentes críticos a serem mapeados é a própria capacidade do robô se localizar num mapa parcialmente explorado. Isto se transforma em desafio quando o robô sofre ainda de erros de posicionamento, não pode contar com um dispositivo externo de posicionamento nem se pode dar ao luxo de guiar-se por balizas (marcas, landscapes) introduzidas no entorno. Métodos para localização e mapeamento simultâneos que exploram a topologia do espaço livre do robô, permitem localizar o robô num mapa parcialmente construído. Este mapa pode ser usado para gerar os grafos de Voroni (GVG) que é na realidade um mapa topológico que codifica algumas informações métricas a respeito do entorno do robô. Entretanto, atrasos de locomoção podem ser esperados devidos à incertezas provindas dos sensores e processamento pesado exigido.Introducción a la Robótica Móvil 4
  • 6. Modelado del Entorno Uso de landmarks: A exploração baseada em sensores possibilita ao robô explorar e mapear um entorno desconhecido, usando as informações dos sensores. Um dos componentes críticos a serem mapeados é a própria capacidade do robô se localizar num mapa parcialmente explorado. Isto se transforma em desafio quando o robô sofre ainda de erros de posicionamento, não pode contar com um dispositivo externo de posicionamento nem se pode dar ao luxo de guiar-se por balizas (marcas, landscapes) introduzidas no entorno. Navegação por balizas (landmarks).Introducción a la Robótica Móvil 5
  • 6. Modelado del Entorno Uso de landmarks: A exploração baseada em sensores possibilita ao robô explorar e mapear um entorno desconhecido, usando as informações dos sensores. Um dos componentes críticos a serem mapeados é a própria capacidade do robô se localizar num mapa parcialmente explorado. Isto se transforma em desafio quando o robô sofre ainda de erros de posicionamento, não pode contar com um dispositivo externo de posicionamento nem se pode dar ao luxo de guiar-se por balizas (marcas, landscapes) introduzidas no entorno.Introducción a la Robótica Móvil 6
  • 6. Modelado del Entorno A exploração baseada em sensores possibilita ao robô explorar e mapear um entorno desconhecido, usando as informações dos sensores. Um dos componentes críticos a serem mapeados é a própria capacidade do robô se localizar num mapa parcialmente explorado. Isto se transforma em desafio quando o robô sofre ainda de erros de posicionamento, não pode contar com um dispositivo externo de posicionamento nem se pode dar ao luxo de guiar-se por balizas (marcas, landscapes) introduzidas no entorno. Métodos para localização e mapeamento simultâneos que exploram a topologia do espaço livre do robô, permitem localizar o robô num mapa parcialmente construído. Este mapa pode ser usado para gerar os grafos de Voroni (GVG) que é na realidade um mapa topológico que codifica algumas informações métricas a respeito do entorno do robô. Entretanto, atrasos de locomoção podem ser esperados devidos à incertezas provindas dos sensores e processamento pesado exigido.Introducción a la Robótica Móvil 7
  • 6. Modelado del Entorno Decomposição trapezoidal: - Processamento + rápido Método avançado: Decomposição celular usando pontos críticos da função segmentadora: h(x,y)=x2+y2.Introducción a la Robótica Móvil 8
  • 6. Modelado del Entorno ← Exemplo: Usando grafosIntroducción a la Robótica Móvil 9
  • 6. Modelado del Entorno • Fusão geométrica dos dados ou “Map Building”: ⇒ requer que um robô estime simultaneamente sua própria posição e o mapa do ambiente. y0 yc xc yR da Ro re liv θ ϕ xR x0Introducción a la Robótica Móvil 10
  • 6. Modelado del Entorno Map Building e Exploração do Entorno: #1: Traçar grafo de Vorony (GVG) do ponto 2 até ponto 4. #2: Voltar ao ponto 5, explorando as redondezas do ponto 6. #3: Traçar o GVG do ponto 5 ao ponto 1. #4: Traçar o ramo partindo do ponto 1 e retornar ao ponto 2.Introducción a la Robótica Móvil 11
  • 6. Modelado del Entorno • Modelagem do entorno (“mundo” do robô): Estrutural Paramétrica Funcional Determinação Parâmetros; Forma de interação dos limites; Domínios com o entorno Relações... Características Como o objeto interage Descrição física e numéricas ligadas a com os outros Geométrica (arestas) uma estrutura (peso, elementos ou como comprimentos) pode ser manipulado.Introducción a la Robótica Móvil 12
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas • Planejadas Atividades do Sistema de Controle: 1) Baseado em comportamento, ou; 2) Não baseado em comportamento. Modelagem do entorno: • Modelagem do espaço livre; • Planejamento da percepçãoIntroducción a la Robótica Móvil 13
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas • Planejadas Exemplos: -Desviar de obstáculos; -Contornar obstáculos; Atividades do Sistema de Controle: -Seguir trilhas no chão (sensor IR) 1) Baseado em comportamento, ou; -Seguir paredes 2) Não baseado em comportamento. -Procurar/desviar de focos de luz Modelagem do entorno: • Modelagem do espaço livre; • Planejamento da percepçãoIntroducción a la Robótica Móvil 14
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Ponto de chegada Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas: - Método dos Potenciais: Potenciais Obstáculo: vetores divergentes 1) Definir força atrativa: Note: à partir ponto de chegada → potencial atrativo. deste ponto, mudança de 2) Definir forças repulsivas (dadas pela info. direção, isto de cada sensor). São forças divergentes é, já passei geradas pelos obstáculos. do ponto de 3) Cálculo do vetor resultante → define o chegada. “gradiente” de força. 4) Aplicar no modelo cinemático do robô de v forma a definir a velocidade linear e θ angular (giro). WHILE ponto_atual ≠ ponto_chegadaIntroducción a la Robótica Móvil 15
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas: - Método dos Potenciais: Notas: 1) Potencial Atrativo ∝ distância do ponto de chegada (função parabólica). Cuidados: definir função em que o vetor atrativo ainda seja maior que os vetores repulsivos quando o robô está longe do objetivo. v Distância grande: se usa função cônica (3a ordem ⇒ vel. quase constante.) Distâncias pequenas: se usa função . quadrática (de 2a ordem). θIntroducción a la Robótica Móvil 16
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas: - Método dos Potenciais: Notas: 2) Potencial Repulsivo: ∝ 1/d onde d: distância do obstáculo: VRep v 1 (cm) 10 (cm) d Cuidados: não pode ser grande se o robô está longe do obstáculo. . Calculado de forma “local” para cada θ obstáculo.Introducción a la Robótica Móvil 17
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas: - Método dos Potenciais: Potenciais Detalhes: 1) Este algoritmo permite orientar o robô mesmo que o mesmo inicie com uma orientação propositalmente incorreta. 2) Se vetor_resultante ≅ 0 AND robô não percorre distância mínima dentro de certo tempo, se adiciona (lentamente) ruído de forma o força o robô a sair de v um possível ponto de mínimo local. 3) Teste interessante: colocar um robô contra outro para verificar se desviam quando estão próximos (evita-se . a colisão com outros objetos móveis?) θIntroducción a la Robótica Móvil 18
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas: - Método dos Potenciais: Detalhes: 1) Este algoritmo permite orientar o robô mesmo que o mesmo inicie com uma orientação propositalmente incorreta. 2) Se vetor_resultante ≅ 0 AND robô não percorre distância mínima dentro de certo tempo, se adiciona (lentamente) ruído de forma o força o robô a sair de um possível ponto de mínimo local. Ref: http://www.calerga.com/products/Sysquake/robotnav.html 3) Teste interessante: colocar um robô contra outro para verificar se desviam quando estão próximos (evita-se a colisão com outros objetos móveis?)Introducción a la Robótica Móvil 19
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas: - Método dos Potenciais: Potenciais Vantagens: • Não necessita do modelo do entorno! • Resposta rápida. Problemas: • Decompor vetor resultante de força em: • Velocidade linear (v), e; • Velocidade angular (dθ/dt = w). • Pode ficar retido em mínimo locais (entornos + complexos)Introducción a la Robótica Móvil 20
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas • Planejadas Campo fértil para a área de Atividades do Sistema de Controle: Inteligência Computacional e 1) Baseado em comportamento, ou; Inteligência Artificial 2) Não baseado em comportamento. ⇒Problema: muitas possibilidades de trajetórias. Modelagem do entorno: • Modelagem do espaço livre; • Planejamento da percepçãoIntroducción a la Robótica Móvil 21
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Planejadas: Note: exige levantamento do de missões ⇒ off-line: 1a parte → modelo do entorno. de caminhos ↑ Intimamente ↓ relacionados da percepção. Problema: seguir por um caminho, mas o que devo “mirrar” ?Introducción a la Robótica Móvil 22
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Planejadas: do caminho: (divide espaço em segmentos): Decomposição trapezoidal: Ponto médio Tarefa à cargo do “planificador”. planificador Se introduz linhas verticaisIntroducción a la Robótica Móvil 23
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Planejadas: do caminho: Decomposição trapezoidal:Introducción a la Robótica Móvil 24
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Exemplos: Arquiteturas de Controle do robô: • Planejadas: do caminho: Diagramas de Voronoi: (pontos eqüidistantes entre 2 arestas). Útil em entornos complexos e estreitos:Introducción a la Robótica Móvil 25
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas • De Planejamento Atividades do Sistema de Controle: Problema: 1) Baseado em comportamento, ou; Como mesclar comportamentos 2) Não baseado em comportamento. para que o robô realize uma Trajetória razoável. Modelagem do entorno: • Modelagem do espaço livre; • Planejamento da percepçãoIntroducción a la Robótica Móvil 26
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas • De Planejamento Atividades do Sistema de Controle: Problema: 1) Baseado em comportamento, ou; Como mesclar comportamentos 2) Não baseado em comportamento. para que o robô realize uma Trajetória razoável. Mesclar tarefas de: • percepção; • planificação; • execução de tarefasIntroducción a la Robótica Móvil 27
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas • De Planejamento Atividades do Sistema de Controle: 1) Baseado em comportamento, ou; 2) Não baseado em comportamento. Decomposição de tarefas: • por funcionalidade: • tarefa de localização; Mesclar tarefas de: • processamento sensorial; • percepção; • modelo do entorno; • planificação; • planificação de tarefas; • execução de tarefas • execução de tarefas; • controle de motores. • por comportamento.Introducción a la Robótica Móvil 28
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas de Controle do robô: • Reativas • De Planificação Atividades do Sistema de Controle: 1) Baseado em comportamento, ou; 2) Não baseado em comportamento. Outro campo fértil de pesquisas para a área de Modelagem do entorno: Inteligência Computacional • Modelagem do espaço livre; e Inteligência Artificial • Planejamento da percepçãoIntroducción a la Robótica Móvil 29
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Decomposição Funcional do Sistema de Controle: alto nível Leva em conta o conceito de cruzabilidade, relacionado à velocidade máxima que o veículo pode desenvolver. Calcula-se a cruzabilidade de cada segmento para depois selecionar o melhor trajeto (procurar manter zonas de cruzabilidade constante). Planificador Define trajetória dinamicamente. Navegador Opera em escalas pequenas (< 10 metros). Segue baseado nos dados do “planificador” Segue seqüências de controle (velocidade linear e “Piloto” angular) baseado em dados gerados pelo navegador. Controle da Malha fechada baseada em sensores internos. baixo execução Aqui necessário somente modelo dinâmico do nível sistema.Introducción a la Robótica Móvil 30
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Decomposição Funcional do Sistema de Controle: alto nível Opera à nível geométrico. Recebe os Opera à nível geométrico. Recebe os pontos passados pelo planificador (3 pontos passados pelo planificador (3 zonas de cruzabilidade aprox. cte.). O zonas de cruzabilidade aprox. cte.). O Planificador navegador define pontos intermediários navegador define pontos intermediários (interpolação). Define → Mapa (interpolação). Define → Mapa Navegador p/Navegação. p/Navegação. Necessita maior definição dos objetos Necessita maior definição dos objetos externos (detecção de obstáculos?). O externos (detecção de obstáculos?). O “Piloto” mapa passado pelo Navegador precisa mapa passado pelo Navegador precisa ser detalhado. ser detalhado. Controle da baixo execução nívelIntroducción a la Robótica Móvil 31
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Decomposição Funcional do Sistema de Controle: alto Converte as ordens do Navegador para Converte as ordens do Navegador para nível os controladores do sistema motriz do os controladores do sistema motriz do robô (informações como vel. linear e robô (informações como vel. linear e Planificador angular). angular). O Piloto evita os obstáculos O Piloto evita os obstáculos desconhecidos porque somente neste desconhecidos porque somente neste Navegador nível mais baixo existe realimentação do nível mais baixo existe realimentação do mundo externo. mundo externo. “Piloto” Agente “extra”: Repórter ⇒ avisa sobre Agente “extra”: Repórter ⇒ avisa sobre obstáculos não previstos à priori. Avisa o obstáculos não previstos à priori. Avisa o Controle da baixo planificador o que desencadeia uma nova planificador o que desencadeia uma nova execução nível planificação planificaçãoIntroducción a la Robótica Móvil 32
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Decomposição Funcional do Sistema de Controle: alto nível Sem realimentação, a menos que este robô modele o próprio Planificador entorno Navegador Exige sistema de localização Sistema de localização não faz falta “Piloto” Controle da baixo execução nível Define trajetória dinamicamente. Opera em escalas pequenas (< 10 metros). Segue baseado nos dados do “planificador”Introducción a la Robótica Móvil 33
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Decomposição Funcional do Sistema de Controle: alto nível Notas: se associa estratégias de Planejamento com planos de Percepção para confirmar a localização do robô. Planificador Exemplo: o robô se desloca pelo meio até Navegador encontrar marcas (landscapes). Se não encontra, é provável que tenha se deslocado na direção errada. “Piloto” Outro agente “extra”: Controle da Cartógrafo ⇒ armazena info. baixo execução nível Do entorno (topologicamente BD ou geometricamente).Introducción a la Robótica Móvil 34
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Atividades de Controle por Comportamento: Comportamentos: •Seguir um caminho; •Seguir uma trilha; •Andar afastado de uma parede; !? •Ir até um ponto; Sistema •Procurar/detectar marcas; •Atravessar uma porta; •Seguir objeto em frente (comportamento de comboio)Introducción a la Robótica Móvil 35
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Atividades de Controle por Comportamento: Comportamentos: •Seguir um caminho; + interessante do ponto de •Seguir uma trilha; vista de pesquisas; •Andar afastado de uma parede; • Tenta detectar objetos !? •Ir até um ponto; Sistema rápidos que se movem •Procurar/detectar marcas; (prever colisões); •Atravessar uma porta; • Uso de PID para Ctrl. Traj.; •Seguir objeto em frente • Uso de RNs; (comportamento de comboio) • Uso de regras; • Uso de Lógica fuzzy;Introducción a la Robótica Móvil 36
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Atividades de Controle por Comportamento: Comportamentos: Problemas: •Seguir um caminho; • Ações complexas: •Seguir uma trilha; • Seqüência de •Andar afastado de uma parede; comportamento? !? •Ir até um ponto; Sistema • Como combinar •Procurar/detectar marcas; comportamentos? •Atravessar uma porta; •Seguir objeto em frente • Associar uma prioridade (comportamento de comboio) (peso) para cada comportamento? Dificuldade: • Mesclar comportamentos ≠; • Uso de regras, RN, fuzzy.Introducción a la Robótica Móvil 37
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas híbridas: Na prática: resultados não muito + indicado para bons porque o entorno é entornos muito dinâmico (objetos se movem) dinâmicos: + reativa + planificada (tanto local quanto globalmente) + local (atividade de controle • atividade de controle por por comportamento) funcionalidade (controle clássico: hierárquico) + rápido: + lento: Estímulo ação (info. Local) Novos obstáculos ⇒ exigem replanificaçãoIntroducción a la Robótica Móvil 38
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas híbridas: + indicado para entornos muito dinâmicos: Desvantagens: + reativa - Ações não otimizadas; - Mínimos locais; + local - Dificuldade para alcançar objetivos (atividade de controle globais por comportamento) + rápido: Estímulo ação (info. Local)Introducción a la Robótica Móvil 39
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas híbridas: Na prática: resultados não muito bons porque o entorno é dinâmico (objetos se movem) Planejamento: • de missões (off-line, remoto); + planificada • de caminhos (tanto local quanto globalmente) ↑ Intimamente • atividade de controle por Relacionados funcionalidade (controle clássico: ↓ hierárquico) • da percepção + lento: Novos obstáculos ⇒ exigem replanificaçãoIntroducción a la Robótica Móvil 40
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas híbridas: Controle funcional Alto nível + reativa + planificada Baixo nível Controle por comportamento (+ rápido)Introducción a la Robótica Móvil 41
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas para o Sistema de Controle: alto Arquiteturas mais conhecidas: nível • LAAS (Lab. LAAS, Toulose, França): híbrida, hierarquizada: 2 níveis: (1) superior: módulo Planificador supervisor + planificador, (2) inferior: módulo reativo’; + nível de decisão + nível funcional Navegador (biblioteca de funções “inteligentes” – preparada para trabalhar em tempo-real, podem ser paralelizadas). “Piloto” • AFRED: plano em nível + alto já entregue. Planos de execução + plano de percepção = Controle da casados p/fazer o veículo seguir um baixo execução caminho. Baseado em mapas geométrico. nível Compara info. Sensores com planejamento prévio.Introducción a la Robótica Móvil 42
  • 7. Arquitetura de Robôs Móveis Arquiteturas para o Sistema de Controle: alto Arquiteturas mais conhecidas: nível • IMAS (Meystel): planificação hierarquizada; • NASREM (Albus): para robôs teleguiados no Planificador espaço, hierarquizada, pode ser distribuída (modelo do entorno pode estar em outras Navegador máquinas, compartilhamento de dados). • “Subsumption” (Brooks): baseada em comportamentos, subdividido em níveis de “Piloto” competência, integração entre vários níveis de competência, prévio 8 níveis de Controle da competência: baixo execução • AURA (Aukin): reativa (não exige nível planejamento de uma rota).Introducción a la Robótica Móvil 43
  • 7. Arquitectura de Robots Móviles Arquiteturas para o Sistema de Controle: Arquitetura exemplo:Introducción a la Robótica Móvil 44
  • 8. Tendencias Futuras • Sistemas Robóticos Modulares: • Nano robôs; • Robôs Médicos:Introducción a la Robótica Móvil 45
  • 8. Tendencias Futuras • Robôs modulares: • Modular Serpentine Robot: http://voronoi.sbp.ri.cmu.edu/projects/modsnake/modsnake.html Cobras reais se locomovem de diferentes maneiras no mundo animal. Para fazer estas cobras robôs se locomoverem, o modo como deslizam foi inspirado da natureza e adaptado para cada um dos blocos que compõem os elos da cobra robô completo, incluído a rotina de controle para cada módulo (comunicações e sensoriamento entre módulos). Seguem alguns vídeos demonstrando as habilidades desenvolvidas com estas cobras-robôs. Vídeos: Movimento sinusoidal da cobra- robô. Cobra-robô entrando num tubo. Cobra-robô atravessando obstáculo. Cobra-robô subindo paredes.Introducción a la Robótica Móvil 46
  • 8. Tendencias Futuras • Robôs modulares: – Uma cadeira robótica, construída por engenheiros da Universidade de Cornell, Estados Unidos, em colaboração com os artistas Max Dean e Matt Donovan, é capaz de se reconstruir sozinha, depois de ter sido totalmente desmontada. – A utilidade prática do aparato pode parecer CMU (Carnegie Mellow Univ) bastante duvidosa, a não ser para compor cenários de filmes de faroeste, onde bandidos e mocinhos costumavam quebrar cadeiras por esporte. Mas essa primeira impressão é obviamente enganosa. – O princípio tem uma série de aplicações, entre as quais a construção de robôs que se montam ou se transformam em diferentes estruturas, de acordo com o trabalho a ser executado, de forma totalmente autônoma.Introducción a la Robótica Móvil 47
  • 8. Tendencias Futuras • Mãos artificiais robotizadas: – A tendência, especialmente nos continentes asiático e europeu, aponta para a massificação da utilização dos robôs visando ao aumento de sua interação com os seres humanos. – A meta da indústria mundial é fazer com que, em um futuro cada vez mais próximo, cada residência tenha um robô, principalmente para realizar tarefas que nem sempre o homem tem vontade de fazer. E essa realidade já começou com um marco importante para o setor: a venda, em 2005, de mais de 1 milhão de robôs aspiradores de pó. – FAPESP, UnB,Introducción a la Robótica Móvil 48
  • 8. Tendencias Futuras Robôs cooperativos: • utilizam sensores e equipamentos uns dos outros; • podem acionar remotamente os sensores e os computadores uns dos outros para desempenhar tarefas complicadas. • Os robôs podem, por exemplo, negociar seu caminho entre obstáculos Um dos campos mais pesquisados e mais complicados distribuindo diferentes promissores da robótica é "autonomia pontos de vista uns para os outros. cooperativa", por meio da qual robôs autônomos • Em um experimento, dois robôs trabalham em conjunto, trocando informações e circulares, cada um com 45 cm de diâmetro e 25 cm de altura, se uniram se auxiliando mutuamente para o cumprimento para negociar seu caminho através de de uma tarefa comum. uma porta. Eles foram forçados a cooperar porque o sistema de visão de cada um dos robôs foi limitado, de forma que cada um deles não conseguia ver suficientemente a porta para se garantir New Scientist de que seria capaz de atravessá-la sem 21/08/2006 bater nas suas laterais. http://www.oru.se/templates/oruExtNormal____18674.aspxIntroducción a la Robótica Móvil 49
  • Bibliografía recomendada: •Tendências Futuras (na área de robótica): –Robôs modulares: •Centro de Pesquisas da Xerox em Palo Alto (PARC) [desde 1997]: http://www2.parc.com/spl/projects/modrobots/index.htm PolyBot: Generation I: PIC (16F877) 8-bit microcontroller is used on every module. The modules are connected together through either an RS232 or an RS485 serial bus. The modules may run either fully autonomously or under supervisory control from a PC sending commands through a wired orIntroducción a la Robótica Móvil 50
  • Bibliografía recomendada: •Tendências Futuras (na área de robótica): –Robôs modulares: •Centro de Pesquisas da Xerox em Palo Alto (PARC) [desde 1997]: http://www2.parc.com/spl/projects/modrobots/index.htm PolyBot: Generation II: cube and this module is roughly 11 x 7 x 6 cm, The MicroMo gear motor (DC motors serving both for commutation as well as joint position with a resolution of 0.45 degrees.), although heavy is quite powerful delivering up to 5.6Nm of torque at 60 RPM and the stainless steel sheet structure has a range of motion of +90 to -90 degrees. Each module contains a Motorola PowerPC 555 embedded processor with 1Introducción a la Robótica Móvil megabyte of external 51
  • Bibliografía recomendada: Livros: • Meystel, A., Autonomous Mobile Robots, World Scientific, 1991. • Russel, R.A., Robot Tactile Sensing, Prentice Hall, 1990. • Borenstein, J. et all, Where am I? Sensors and Methods for Mobile Robot Positioning, University of Michigan:Introducción a la Robótica Móvil 52
  • Bibliografía recomendada: • Introdução a µC PIC’s: – “Microcontroladores PIC on-line”, Neboksa Matic, versão em português (Portugal) de Alberto Jerônimo → site: http://www.mikroelektronika.co.yu/portuguese/product/b ooks/picbook/00.htm ou http://www.i- magazine.com.br/imagazine/picbook/livropic.htm. Conteúdo: Exemplos de ligações práticas (Relés, Optoacopladores, LCDs, Teclas, Dígitos, Conversores A D, Comunicação série, etc.), Introdução aos Microcontroladores (Aprenda o que são, como funcionam, e como podem ser úteis no seu trabalho), Programação em linguagem Assembler (Como escrever o seu primeiro programa, utilização de macros, modos de endereçamento... ), Conjunto de Instruções (Descrição, exemplo e proposta para utilizar cada instrução...), Pacote do programa MPLAB (Como instalá-lo, como começar o primeiro programa, seguindo o programa passo a passo no simulador...).Introducción a la Robótica Móvil 53
  • Bibliografía recomendada: • Livro de Introdução a Robótica Móvel: Robot Building For Dummies By Roger Arrick ISBN: 0-7645-4069-6 Paperback 384 páginas October 2003 * Fundamentos de robótica e programação; * Explora robôs programáveis e não programáveis. * Construa seu próprio robô (baseado em kit). * Expanda seu robô adicionando sensores, vídeo e voz. * Melhore a ação de seus robôs usando programas especializados.Introducción a la Robótica Móvil 54
  • Bibliografía recomendada: • Introdução a Robótica Móvel – Robôs TekBots (Universidade Estadual do Oregon, parte das disciplinas introdutórias para os cursos de Eng. Elétrica e Eng. de Software): http://eecs.oregonstate.edu/education/tekbots.html Até competições: The TekBot Triathlon (http://oregonstate.edu/groups/srvos/tekbots/) • Páginas de fabricantes de µC: – ATMEL: http://www.atmel.com/ → Ex.: AT90S2313 (http://oregonstate.edu/groups/srvos/projects/ucboard/datasheet s/AT90S2313.pdf); – PIC´s: (Microchip): http://www.microchip.com/ → Ex.: PIC16F676 (http://oregonstate.edu/groups/srvos/projects/ucboard/datasheet s/16f676.pdf).Introducción a la Robótica Móvil 55
  • Bibliografía recomendada: • Fabricantes de Kits: – Parallax: http://www.parallax.com/ The Toddler™ bipedal walking Boe-Bot robot HexCrawlerIntroducción a la Robótica Móvil 56
  • Bibliografía recomendada: • Fabricantes de Kits: - K-team: http://www.k-team.com/ Especialmente sobre o robô Khepera II: http://www.k-team.com/robots/khepera/index.html Links para: • Khepera Unlimited Experiments • Navigation • Artificial Intelligence Simulador do Khepera: • Multi-Agents System • Control • Collective Behavior • Real-Time Programming • Advanced Electronics DemonstrationIntroducción a la Robótica Móvil 57
  • Bibliografía recomendada: • Fabricantes de Kits: - K-team: http://www.k-team.com/ Especialmente sobre o robô Khepera II: http://www.k-team.com/robots/khepera/index.html Simulador para WebBoots: http://www.k-team.com/software/webots.htmlIntroducción a la Robótica Móvil 58
  • Bibliografía recomendada: Dados do robô Khepera II: KHEPERA II SPECIFICATIONS Elements Technical Information Processor Motorola 68331, 25MHz IMPROVED 2 DC brushed servo motors with incremental Motion encoders (roughly 12 pulses per mm of robot motion) Speed Max: 1 m/s, Min: 0.02 m/s 8 Infra-red proximity and ambient light Sensors sensors with up to 100mm range IMPROVED AND Power ConsumptionNEW Power Adapater Power OR Rechargeable NiMH BatteriesIMPROVED Autonomy 1 hour, moving continuously IMPROVED. Additional turrets will reduce battery life. Communication Standard Serial Port, up to 115kbps IMPROVED Diameter: 70 mm Size Height: 30 mm Weight Approx 80 g •WEBOTS, Realistic 3D Simulator (Windows & Simulators Linux). •Freeware. Development •KTProject, graphical interface for GNU C Environment for Cross-Compiler (Windows). Autonomous •GNU C Cross-Compiler, for native on-board Application applications (Windows, Linux & Sun). •Freeware.Introducción a la Robótica Móvil 59
  • Bibliografía recomendada: •Fabricantes de Kits: Lego MindStorms: http://mindstorms.lego.com/eng/default.asp: Robotics Invention System 2.0: –RCX™ Microcomputer: • 6 AA batteries; • LCD display; • 3 sensor inputs; • 3 motor outputs; • Hitachi H8/3297 processor @ 16 Mhz; • 32k ram; Hitachi H8/3297 µcontrolador: • rom with basic I/O functions • 8 registradores de 16-bits ou 16 registradores de 8-bits; • High-speed operation: –CD-ROM Software • 8- or 16-bit register-register add/subtract: 125 ns (16 MHz; –USB Infrared Transmitter • 8 x 8-bit multiply: 875 ns (16 MHz); • 16 ÷ 8-bit divide: 875 ns (16 MHz); –718 pieces, including: • 1 contador/timmer de 16-bits; • 2 Motors • 1 A/D de 10-bits; • 2 Touch Sensors • I/O ports: • 43 input/output lines (16 of which can drive LEDs) • 1 Light Sensor • 8 input-only lines. • Interrupts: • Four external interrupt lines: 10,, IRQ0 to IRQ2 • 19 on-chip interrupt sourcesIntroducción a la Robótica Móvil 60
  • Bibliografía recomendada: • Laboratórios de Pesquisa: – Biorobotics Lab (da Carnegie Mellon University): http://voronoi.sbp.ri.cmu.edu/ • Mecanismos: – Robôs indestrutíveis; – Robôs biomédicos; – Manipuladores distribuídos; – Robôs “cobra”. • Aplicações: – Câmera aérea (Aercam); – Busca e Salvamento; – Limpar minas terrestres; – Pintura. • Robôs Educacionais • Métodos Topológicos – Convergência; – “slam”; slam” – Retração Retraç – Controle Híbrido HíIntroducción a la Robótica Móvil 61
  • Bibliografía recomendada: • Informações sobre sensores: – Animações mostrando funcionamento de diferentes sensores: http://www.cs.washington.edu/ai/Mobile_Robotics/mcl/ [Welcome to Particle Filters in Action at the UW RSE-lab (Laboratório de estimação de estados e robótica da Universidade de Washington, Dept. de Engenharia e Ciência da Computação)] – Exemplo: cooperação entre robôs para mapeamento topológico:Introducción a la Robótica Móvil 62
  • Bibliografía recomendada: •Outros robôs: Stiquito.com Home of the worlds smallest, inexpensive, hexapod robot!: (http://www.stiquito.com/ ) DOFs 6 No. of Links 7 Size (L x W x H) 75 x 70 x 25 mm Weight 10 grams Actuators NitinolIntroducción a la Robótica Móvil 63
  • Bibliografía recomendada: •Outros robôs: StampBug: http://www.din.uem.br/ia/robotica/stampbug.htm Basic Stamp → Exemplo: : principal: Symbol dir_olho=pin5 toggle esq_olho Symbol dir_antena=pin6 toggle dir_olho Symbol esq_antena=pin7 meio_pos=max_grau esq_pos=max_grau Inicio dir_pos=max_grau dirs=%00111110 gosub anda pins=0 toggle esq_olho high esq_olho toggle dir_olho low dir_olho meio_pos=min_grau esq_pos=min_grau dir_pos=min_grau gosub anda goto principal :Introducción a la Robótica Móvil 64
  • Introducción a laRobótica MóvilProf. Dr.Eng.* Fernando Passold*Dr. Eng: Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), Dept. Automatización de Sistemas (DAS), Florianópolis,Brasil; Mr.Eng.: UFSC/Biomédica, Brasil