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Aula 1 Aula 1 –– Introdução à Robótica MóvelIntrodução à Robótica Móvel

Introdução Introdução Introdução Introdução

Prof. Dr.Prof. Dr. Marcelo BeckerMarcelo Becker

EESC - USP

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•• Histórico Histórico

• Aplicações

• Problemas Básicos

Sumário da AulaSumário da Aula

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• Problemas Básicos

• Desafios e Tendências

• Exemplos - Vídeos

• Bibliografia Recomendada

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Dos manipuladores industriais...

HistóricoHistórico

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... aos robôs móveis.

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Amanhã?

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HistóricoHistórico

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Isaac Asimov Isaac Asimov (1920(1920--1992)1992)

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Grey Walter’s Tortoise Elsie (1948-49, Bristol)

• Construído todo em hardware

• Possuía as seguintes características:

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• Possuía as seguintes características:

� Seguia luzes

� Procurava luzes fracas

� Afastava-se de luzes brilhantes

� Realizava curvas (esterçamento)

� Baterias Recarregáveis

• Os comportamentos eram priorizados: o robô sempre agia baseado em prioridades...

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Grey Walter’s Tortoise Elsie (1948-49, Bristol)

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Hopkins Beast (1960, Johns Hopkins University,

USA)

• Mais complexo que o “Elsie”.

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• Mais complexo que o “Elsie”.

• Controlado por dúzias de transistores.

• Margeava paredes brancas, “patrulhando” o ambiente.

• Empregava sonares e células fotoelétricas para monitorar o ambiente

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• 1º robô móvel com habilidade de fazer inferências sobre o

• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)

HistóricoHistórico

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inferências sobre o ambiente que o cerca.

• Sensores:

� Câmera de TV

� Sensor de Distância por triangulação

� Sensores de Fim-de-Curso

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• Computadores:

� DEC PDP-10

• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)

HistóricoHistórico

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� DEC PDP-10

� DEC PDP-15

• Conexão via radio e cabos de vídeo.

• Programas:

� Percepção

� Modelagem do Ambiente

� Tomada de Decisão

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• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)

HistóricoHistórico

• O Robô SHAKEY construiu um modelo interno do ambiente usando lógica

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ambiente usando lógica baseada em um formalismo representacional.

• O “Planejador” (STRIPS) deveria encontrar a seqüência de ações necessárias para realizar a tarefa.

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• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)

HistóricoHistórico

• O Robô SHAKEY movimentava-se em

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movimentava-se em ambientes estáticos.

• Levava mais de 1 h para atravessar uma sala...

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Stanford Cart (1979, Stanford, USA)

• Primeiros experimentos com mapeamento 3D de ambientes

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mapeamento 3D de ambientes

• A câmera de TV montada sobre uma guia tira fotos do ambiente de múltiplas posições e ângulos.

• O computador analisa a distância entre o robô e os obstáculos e gera a trajetória.

• Computador: 0,5MHz e 1MB memória

• Velocidade: 1 m / 15 min.

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• Robótica Móvel– Stanford Cart (1979, Stanford, USA)

• 1971-9: movia-se remotamente controlado por pessoas ou

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por pessoas ou computadores.

• 1971: seguia uma linha branca no chão.

• 1975: movia-se em linha reta baseado em imagem.

• 1979: desviou de obstáculos através de mapas 3D.

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Stanford Cart (1979, Stanford, USA)

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Mapeamento 3D de Obstáculos

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Ghenghis (1988, MIT, USA)

• Robô andador de 6 patas que aprendeu a sobrepujar

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aprendeu a sobrepujar obstáculos sozinho.

• Cada pata reage de modo independente ao ambiente

� Simplifica a programação!

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Ghenghis (1988, MIT, USA)

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Khepera (1994, EPFL, Suíça)

• Mini-robô para pesquisa e ensino.

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ensino.

• Aproximadamente Ø55mm

• Utilizado por mais de 500 universidades no mundo...

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– Helicópteros Autônomos (a partir de 1991)

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AVATAR Project @ USC, USA OS4 Project @ EPFL, Suíça

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• Robótica Móvel– Helicópteros Autônomos (a partir de 1991)

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• Robótica Móvel– Stanley (2005, Stanford, USA)

• Ganhador do Desafio DARPA 2005 no deserto de Mojave

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2005 no deserto de Mojave (~200km em ~7h)

• 6 computadores Pentium M

• Sensores:

� GPS

� 6DoF IMU

� Câmera Mono-ocular

� 4 SICK LMS 210

� 4 Encoders

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HistóricoHistórico

• Robótica Móvel– SmartTer (2006, EPFL, Suíça)

• Participou do ELROB-2006

• 3 computadores Pentium M

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• Robótica Móvel– Tartan (2007, CMU, USA)

• Ganhador do Desafio DARPA 2007 em ambiente urbano

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•• Histórico Histórico

•• AplicaçõesAplicações

• Problemas Básicos

Sumário da AulaSumário da Aula

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• Problemas Básicos

• Desafios e Tendências

• Exemplos - Vídeos

• Bibliografia Recomendada

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AplicaçõesAplicações

• Robótica Móvel Indoor e Outdoor

Outdoor

Ambientes não EstruturadosAmbientes Estruturados

Espaço

Indoor

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PesquisaEntretenimento

Segurança

Transporte

Limpeza

Tarefas Perigosas

Oceano

Segurança

Aplicações Militares

Combate a Incêndios

Agricultura

Florestas

Espaço

Construções

Mineração Ar

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AplicaçõesAplicações

• Exploração Espacial – Do início da década de 1980 a 2004

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AplicaçõesAplicações

• Exploração Espacial

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Exploração de Marte (NASA – Evolução dos Rovers)

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AplicaçõesAplicações

• Exploração Espacial

• Dois Braços, cada um com 4 GDL’s:

• Um Braço tem 1,5 m de comprimento e

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comprimento e capacidade de carga de 1 kg.

• O outro, 0,5 m de comprimento e 2 kg de capacidade de carga.

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AplicaçõesAplicações

• Exploração Espacial

EESC-USP © M. Becker 2008 31/78

Exploração de Marte (NASA – Evolução dos Rovers)

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AplicaçõesAplicações

• Exploração Espacial

Shrim

p

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20052004Crab

Solero

2003

Octopus

1997 1999

SpaceCat

Shrim

p

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AplicaçõesAplicações

• Exploração Espacial

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Exploração de Marte (ESA – ExoMars rover - 2015)

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AplicaçõesAplicações

• Robôs para Pesquisa e Ensino

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HemissonMB835

SmartEase Khepera II

Koala II

e-Puck

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AplicaçõesAplicações

• Robôs para Defesa e Resgate

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RQ-9 PredatorPionner em Chernobyl

Foster-Miller Talon

Envergadura: 20mVelocidade: ~400km/hComprimento: 11mAutonomia: 15h / 3200 milhas náuticas

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AplicaçõesAplicações

• Robôs para Defesa e Resgate

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BEAR

Foster-Miller Talon

PackBot Scout

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AplicaçõesAplicações

• Robôs para Patrulha

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PatrolBotCyberGuard SR3/ESP

Mapeia ambientes e controla o movimento de pessoas.

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AplicaçõesAplicações

• Robôs para Patrulha

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PatrolBot

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AplicaçõesAplicações

• Robôs para Inspeção– Tubulações com Ø acima de 300mm

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Versatrax 150TM

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AplicaçõesAplicações

• Robôs para Inspeção– Soldas em Tubulações

EESC-USP © M. Becker 2008 40/78

Orbital Inspection RobotCedido por Frederico A. Ramalho Fº