Sterowanie Robotami Mobilnymi Plik

(pieczęć wydziału)
KARTA PRZEDMIOTU
1. Nazwa przedmiotu: STEROWANIE ROBOTAMI
2. Kod przedmiotu:
MOBILNYMI
3. Karta przedmiotu ważna od roku akademickiego: 2012/2013
4. Forma kształcenia: studia drugiego stopnia
5. Forma studiów: studia stacjonarne
6. Kierunek studiów: AUTOMATYKA I ROBOTYKA; WYDZIAŁ AEiI
7. Profil studiów: ogólnoakademicki
8. Specjalność: Komputerowe systemy sterowania
9. Semestr: 1
10. Jednostka prowadząca przedmiot: Instytut Automatyki, RAu1
11. Prowadzący przedmiot: dr hab. inż. Aleksander Nawrat
12. Przynależność do grupy przedmiotów: przedmioty specjalnościowe
13. Status przedmiotu: obowiązkowy
14. Język prowadzenia zajęć: polski
15. Przedmioty wprowadzające oraz wymagania wstępne: Zakłada się, że przed rozpoczęciem nauki
niniejszego przedmiotu student posiada przygotowanie w zakresie: wizji komputerowej, podstaw robotyki, metod
optymalizacji, sztucznej inteligencji, podstaw automatyki.
16. Cel przedmiotu: Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z podstawami konstrukcji i metod sterowania
robotów mobilnych. W ramach przedmiotu omówione zostaną podstawowe zagadnienia związane z doborem
struktur kinematycznych, układów napędowych, urządzeń sensorycznych oraz metod syntezy systemów sterowania.
17. Efekty kształcenia:
Nr
Opis efektu kształcenia
Metoda
sprawdzenia
efektu
kształcenia
Forma
Odniesienie
prowadzenia do efektów
zajęć
dla kierunku
studiów
W1
Zna podstawowe problemy związane z syntezą systemów
sterowania robotów mobilnych.
SP
WT, WM
W2
Zna podstawowe struktury kinematyczne stosowane do
budowy platform mobilnych.
Zna urządzenia sensoryczne stosowane do pomiaru
parametrów ruchu robota mobilnego i percepcji otoczenia
oraz zna ich zasadę działania
Zna metody wyznaczania pozycji bezwzględnej robota
mobilnego.
Zna podstawowe i stosowane struktury układów sterowania
robotów mobilnych.
SP
WT, WM
SP
WT, WM
SP
WT, WM
SP
WT,WM
Potrafi określić zadania projektowanego robota mobilnego,
oraz potrafi dobrać odpowiednią strukturę kinematyczną
oraz strukturę układu sterowania.
Potrafi dobrać stosowny do zastosowań układ napędowy
robota oraz wybrać odpowiedni system sensoryczny.
SP
L
SP
L
W3
W4
W5
U1
U2
K_W4/2;
W14/2;
W15/2;
W16/2;
W17/2
K_W2/3
K_W2/1;
W5/3; W8/2;
W14/3;
K_W3/2;
W16/1
K_W15/1;
W17/2;
W6/2;
W18/2;
W19/1;
W20/2
K_U9/1;
U19/2; U20/1
K_U19/2;
U20/1
U3
U4
K1
K2
Potrafi wyznaczyć pozycję robota, na bazie informacji
sensorycznej.
Potrafi zaprogramować podstawowe algorytmy sterujące
ruchem robota mobilnego
Potrafi samodzielnie podejmować decyzje dotyczące
najlepszych rozwiązań konstrukcyjnych
CL, PS
L
K_U22/2
CL
L
K_U20/3
CL, PS
L
Potrafi zaprezentować i obronić zaproponowane
rozwiązanie konstrukcyjne
OS
L
K_K1/1;
K2/1; K4/2;
K6/1
K_K1/1;
K5/1; K6/1
K7/1
18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin)
W. : 15 Ćw. L.: 15
19. Treści kształcenia:
Wykład
Wprowadzenie. Podstawowe pojęcia i definicje; zadania i zastosowanie robotów mobilnych; klasyfikacja robotów
mobilnych; roboty mobilne kołowe - klasyfikacja struktury kinematycznych; typowy model ideowy systemu
sterowania robotem oraz oraz omówienie podstawowych podsystemów wchodzących w jego skład; problemy i
zagadnienia związane z projektowaniem i realizacją robotów.
Modele, budowa i działanie urządzeń sensorycznych. Klasyfikacja; techniki pomiaru odległości; sensory
percepcyjne: dalmierze laserowe, dalmierze ultradźwiękowe (sonary), dalmierze IR, kamery CCD; sensory do
pomiaru parametrów ruchu oraz lokalizacji robota: akceleometry, żyrokompasy, enkodery optyczne.
Problem reprezentacji danych. Omówienie modeli reprezentacji danych sensorycznych; modele przestrzeni roboczej
(modele rastrowe, geometryczne, topologiczne); metody budowy i przetwarzania modeli.
Problem lokalizacji robota mobilnego. Wyznaczanie pozycji robota techniką triangulacyjną: traingulacja z
wykorzystaniem retroreflektorów laserowych, triangulacja fazy fali radiowej, video triangulacja; systemy
referencyjne (GPS); odometria; wyznaczanie pozycji robota na bazie mapy otoczenia; fuzja sensoryczna.
Inteligentne systemy wizyjne. Rozpoznawanie obrazów w inteligentnych systemach wizyjnych; czym są
inteligentne systemy wizyjne?; budowa; zastosowania; systemy znanych producentów COGNEX DVT, OMRON,
SIMENS; specyfika przetwarzania obrazów w inteligentnych systemach wizyjnych z wykorzystaniem matryc
programowalnych; etapy przetwarzania z wykorzystaniem FPGA; rodzaje obrazów. Podstawowe, punktowe
operacje obrazowe.
Planowanie ruchu i problem nawigacji. Sformułowanie problemu; klasyfikacja metod planowania ruchu; przegląd
podstawowych technik planowania ruchu (metoda bazująca na grafie widoczności, metoda oparta na dekompozycji
przestrzeni roboczej, metody probabilistyczne, metoda sztucznego potencjału)
Systemy sterowania robotów mobilnych. Przegląd zagadnień i problemów związanych z syntezą systemu
sterowania robota mobilnego; klasyfikacja i omówienie poszczególnych klas systemów sterowania (systemy
deliberatywne, systemy reaktywne-behavioralne, systemy hybrydowe)
Sterowanie w środowisku wielu robotów. Systemy scentralizowane a wieloagentowe; metody planowania ruchu
wielu robotów; wykorzystanie teorii gier
Zajęcia laboratoryjne
1. Problem lokalizacji robota mobilnego przy użyciu metody odometrii inkrementalnej (implementacja roboty
Khepera II,III)
2. Rozwiązanie problemu realizacji podstawowego zadania nawigacyjnego w bezkolizyjnej przestrzeni roboczej.
(implementacja roboty: Khepera II,III, MoWay)
3. Implementacja klasycznych algorytmów omijania przeszkód. (implementacja roboty: MoWay)
4. Nawigacja robota w przestrzeni roboczej o złożonej strukturze. (Symulator programowy)
5. Budowa map otoczenia na bazie informacji z sonaru. (robot DX-P3)
20. Egzamin: nie
21. Literatura podstawowa:
1. M. J. Giergiel, Z. Hendzel, W. Żyliński: Modelowanie i Sterowanie Mobilnych Robotów Kołowych.
Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002.
2. A. Morecki, J. Knapczyk: Podstawy robotyki teoria i elementy manipulatorów i robotów. Wydawnictwa
Naukowo Techniczne, Warszawa 1999.
3. K. Tchoń, A. Mazur, I. Hossa, R. Dulęba: Manipulatory i roboty mobilne. Wydawnictwo PLJ, Warszawa 2000.
4. T. Zielińska: Maszyny Kroczące. Podstawy, projektowanie, sterowanie i wzorce biologiczne. Wydawnictwo
Naukowe PWN, Warszawa 2003.
22. Literatura uzupełniająca:
1. R.C. Arkin : Behavior based robotics. The MIT Press, Cambridge, Massachusetts, London, England, 1998.
2. J. Borenstein , H. R. Everett , and L. Feng: Where am I? Sensors and methods for mobile robot positioning,
Technical raport of University of Michigan, 1996
http://www-ersonal.umich.edu/~johannb/shared/pos96rep.pdf
3. S. Russel, P. Norvig. Artificial Intelligence – a Modern Approach, Prentice Hall, New Dehli, 2008
23. Nakład pracy studenta potrzebny do osiągnięcia efektów kształcenia
Lp.
Forma zajęć
1
Wykład
2
Ćwiczenia
3
Laboratorium
4
Projekt
0/0
5
Seminarium
0/0
6
Inne
0/0
Suma godzin
Liczba godzin
kontaktowych / pracy studenta
15/0
0/0
15/30
30/30
24. Suma wszystkich godzin: 60
25. Liczba punktów ECTS: 2
26. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego: 1
27. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach o charakterze praktycznym (laboratoria, projekty): 1
26. Uwagi:
Zatwierdzono:
…………………………….
…………………………………………………
(data i podpis prowadzącego)
(data i podpis dyrektora instytutu/kierownika katedry/
Dyrektora Kolegium Języków Obcych/kierownika lub
dyrektora jednostki międzywydziałowej)