Projektowanie i Sterowanie Robotów Mobilnych Plik

(pieczęć wydziału)
KARTA PRZEDMIOTU
1. Nazwa przedmiotu: PROJEKTOWANIE I STEROWANIE 2. Kod przedmiotu:
ROBOTÓW MOBILNYCH
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: ROBOTYKA
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 projektowania konstrukcji i
metod sterowania robotami mobilnymi. 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
W1
W2
W3
W4
U1
U2
K1
K2
Opis efektu kształcenia
Zna podstawowe problemy związane z syntezą systemów
sterowania robotów mobilnych.
Zna podstawowe struktury kinematyczne oraz urządzenia
sensoryczne stosowane do budowy platform mobilnych.
Zna metody wyznaczania pozycji bezwzględnej robota
mobilnego.
Zna podstawowe i stosowane struktury układów sterowania
robotów mobilnych.
Potrafi określić zadania projektowanego robota mobilnego,
oraz potrafi dobrać odpowiednią strukturę kinematyczną ,
system sensoryczny, układ napędowy oraz strukturę układu
sterowania.
Potrafi zaprogramować podstawowe algorytmy sterujące
ruchem robota mobilnego
Potrafi samodzielnie podejmować decyzje dotyczące
najlepszych rozwiązań konstrukcyjnych oraz doboru metod
sterowania.
Potrafi zaprezentować i obronić zaproponowane
rozwiązanie konstrukcyjne
18. Formy zajęć dydaktycznych i ich wymiar (liczba godzin)
W. : 30 Ćw. : -L.: -- P.: 30
Metoda
sprawdzenia
efektu
kształcenia
Forma
Odniesienie
prowadzenia do efektów
zajęć
dla kierunku
studiów
EP
WM
K_W12/1;
K_W16/3
K_W2/2;
W4/1; W16/3
K_W1/1;
W3/2
K_W16/2;
W20/1
K_U8/2;
U9/3; U19/1;
U20/2
EP
WM
EP
WM
EP
WM
EP
P
EP
P
K_U9/3
RP,PS
P
OS
P
K_K1/1;
K2/1; K4/2;
K6/1
K_K1/1;
K5/1; K6/1
K7/1
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 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 i
trilateracyjną: 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 w systemie sensorycznym robota mobilnego.
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 projektowe
1. Implementacja metod lokalizacji robota mobilnego przy użyciu metody odometrii inkrementalnej
(implementacja roboty Khepera II,III)
2. Projektowanie i implementacja podstawowych zadań nawigacyjnych w bezkolizyjnej przestrzeni
roboczej. (implementacja roboty: Khepera II,III, MoWay)
3. Implementacja klasycznych algorytmów omijania przeszkód. (implementacja roboty: MoWay)
4. Budowa map otoczenia na bazie informacji z sonaru i skanera laserowego. (robot DX-P3)
20. Egzamin: tak; pisemny, jednoczęściowy.
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
0/0
3
Laboratorium
0/0
4
Projekt
5
Seminarium
0/0
6
Inne
0/15
Suma godzin
60/90
Liczba godzin
kontaktowych / pracy studenta
30/15
30/60
24. Suma wszystkich godzin: 150
25. Liczba punktów ECTS: 5
26. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach z bezpośrednim udziałem nauczyciela akademickiego: 2
27. Liczba punktów ECTS uzyskanych na zajęciach o charakterze praktycznym (laboratoria, projekty): 3
26. Uwagi:
Zatwierdzono:
…………………………….
…………………………………………………
(data i podpis prowadzącego)
(data i podpis dyrektora instytutu/kierownika katedry/
Dyrektora Kolegium Języków Obcych/kierownika lub
dyrektora jednostki międzywydziałowej)