Robótica Inteligente e Veículos Autônomos: Técnicas e Aplicaçõesadororobotica.com/aula de...

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Robótica Inteligente e Veículos Autônomos: Robótica Inteligente e Veículos Autônomos: Técnicas e AplicaçõesTécnicas e Aplicações

Unisinos – PIPCA - GIA : GPVA : GRAPHIT / 2006PPG em Computação Aplicada - Robótica InteligenteMestrado em Computação Aplicada - PIPCAWeb: http://www.pipca.unisinos.br/

GIA - Grupo de inteligência Artificial - PIPCA - UnisinosWeb: http://www.inf.unisinos.br/gia-pipca.html

GPVA - Grupo de Pesquisas em Veículos AutônomosWeb: http://www.eletrica.unisinos.br/~autonom/

GRAPHIT - Grupo de Pesquisa em CG, PI e Visão ComputacionalWeb: http://www.inf.unisinos.br/~graphit/

GIA / PIPCAGPVA - Unisinos

Prof. Dr. Fernando Osório - [email protected]://inf.unisinos.br/~osorio/ GrupoProf. MSc Farlei Heinen - [email protected] GPVAhttp://ncg.unisinos.br/robotica/Prof. Dr. Christian Kelber - [email protected] (Eng. Eletr.)Prof. Dr. Cláudio Jung – [email protected] (Eng. da Comput.)Colaboradores:Prof. Dr. Adelmo Cechin - [email protected] e Ex-alunos:Adiléa Wagner, Eduardo Righes, Flávio Alves, Luciane Fortes Milton Heinen, Rafael Jeffman, Rafael Klaser, Túlio BenderUNISINOS

Robótica Inteligente e Veículos Autônomos: Robótica Inteligente e Veículos Autônomos: IntroduçãoIntrodução

Robótica - (pré) História

Robôs - Tipos, Classificação e Característica

• Robótica: Manipuladores• Robótica: Robós Móveis Terrestres

Veículos com rodas (wheeled robots), robôs com pernas (legged robots)• Robótica: Veículos Móveis Aéreos• Robótica: Veículos Aquáticos e Submarinos

Robótica Móvel Autônoma - Definição e Aplicações

• Controle de Robôs Móveis Autônomos• Percepção, Decisão/Planejamento e Ação• Aplicações

Robótica Autônoma - História (na Unisinos)

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Robótica: Conceitos e HistóriaRobótica: Conceitos e História� O que é um robô?• Máquina programável que é capaz de imitar as ações ou a aparência de uma criatura inteligente, geralmente um ser humano� Para se caracterizar como um robô, a máquina deve ser capaz de no mínimo duas coisas:

• Obter informações sobre o seu próprio ambiente

• Atuar de alguma forma física neste ambiente, se movendo oumanipulando objetos, por exemplo

Robótica: Conceitos e HistóriaRobótica: Conceitos e História� O que é um robô?

• Máquina programável que é capaz de imitar as ações ou a aparênciade uma criatura inteligente, geralmente um ser humano� Para se caracterizar como um robô, a máquina deve ser capaz de no

mínimo duas coisas:

• Obter informações sobre o seu próprio ambiente

• Atuar de alguma forma física neste ambiente, se movendo oumanipulando objetos, por exemplo

É necessário:� Atuar no Ambiente

• Motores

• Pernas

• Pistões

• Etc.� Perceber o Ambiente

• Sensores

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� A palavra robô, vem da palavra Tcheca "robota", que significa trabalho árduo ou trabalho escravo. � Ela foi usada pela primeira vez em uma peça de ficção (RUR) do autor Karel Capek, em 1920Robótica: Conceitos e HistóriaRobótica: Conceitos e História

� A palavra robótica, foi citada a primeira vez em uma história de ficção (Runaround) do autor Isaac Asimov, em 1942� Robótica... agora de verdade!Robótica: Conceitos e HistóriaRobótica: Conceitos e História�� PUMA (1978)PUMA (1978)–– Primeiro manipulador guiado por Primeiro manipulador guiado por sensores que foi utilizado na industria.sensores que foi utilizado na industria.�� Parceria entre: Parceria entre: •• Universidade de StanfordUniversidade de Stanford•• UnimationUnimation•• GMGM� AGV (Automatic Guided Vehicles), foram os primeiros robôs móveis. � Criados em 1954� Barret Eletronics Corporation

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OrigemOrigem

Musée des automates de Grenoble 12 rue des Arts - 38000 Grenoble, Francehttp://www.automates-anciens.com/EvoluçãoEvolução

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ROBÔS:

•Robótica Autônoma - Robótica Inteligente: Conceitos básicos

• Robôs Móveis: Tipos, característicase aplicações

AGV

Autônomo

Holonomic

Non-Holonomic

Artificial Life

Khepera/Nomad Like

Car/Rover Like

Ant Like

Walking Machines

Indoor / Outdoor

ROBÔS:


• Robôs Móveis: Tipos, característicase aplicações

AGV

Autônomo

Holonomic

Non-Holonomic

Artificial Life

Khepera/Nomad Like

Car/Rover Like

Ant Like

Walking Machines

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ROBÔS:


• Robôs Móveis: Tipos, características e aplicações

Tipos:

* Terreno / Ambiente* Locomoção* Cinemática / Pilotagem* Forma* Dependência externa* Grau de autonomia* Robustez* Tempo de resposta* Custo / Complexidade

ROBÔS:



Aplicações: Robótica exploratória (vulcões)

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ROBÔS:



Aplicações: Robótica submarina

Robótica AutônomaRobótica AutônomaTipos de RobôsTipos de Robôs

* Robôs Manipuladores :

• Braços Robóticos de Base FixaManipuladores Industriais

• Braços Manipuladores Embarcados

• Gruas Robotizadas

* Robôs Móveis :

• AGV Industriais (Automated Guided Vehicles)

• Robôs Indoor: Veículos, Holonômicos, Humanoides, .. .

• Robôs Outdoor: Terrestres (estradas, todos-terrenos ), Sub-Marinos, Aéreos, Inter-Planetários, ...

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* Robôs Móveis :

• AGV Industriais (Automated Guided Vehicles)

• Robôs Indoor: Veículos, Holonômicos, Humanoides, .. .

• Robôs Outdoor: Terrestres (estradas, todos-terrenos ), Sub-Marinos, Aéreos, Inter-Planetários, ...






Do braço robótico aos pés robóticos...

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* Robôs Manipuladores:Braços Robóticos de Base Fixa


Braço “Robix”: Comando via porta paralela / porta serialLinguagem de Script – Posições espaciais X,Y,ZMatrizes de Transformação de Coordenadas Algoritmo Mini-Max (Jogo da Velha) XX O

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* Robôs Manipuladores:Braços Robóticos de Base Fixa


Braço “Robix”: Comando via porta paralela / porta serialLinguagem de Script – Posições espaciais X,Y,ZMatrizes de Transformação de Coordenadas Algoritmo Mini-Max (Jogo da Velha)* Robôs Móveis:

1. Veículos Móveis- Veículos Terrestres / Indoor- Veículos Terrestres / Outdoor- Veículos de Exploração Espacial- Veículos Aquáticos / Barcos e Submarinos- Veículos Aéreos / Dirigíveis, Aviões e Helicóptero s

2. Humanóides

3. Animats

A. Robôs Móveis Tele-Comandados

B. Robôs Móveis Semi-Autônomos

C. Robôs Móveis Autônomos


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* Robôs Móveis:


Robótica AutônomaRobótica AutônomaTipos de RobôsTipos de Robôs HolonômicosNão-Holonômicos

* Robôs Móveis:


Robótica AutônomaRobótica AutônomaTipos de RobôsTipos de RobôsNasa:SojournerSpiritOpportunity

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* Robôs Móveis:



* Robôs Móveis:



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* Robôs Móveis:


2. Humanóides

3. Animats





* Robôs Móveis:


2. Humanóides

3. Animats





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* Robôs Móveis:


2. Humanóides

3. Animats





* Robôs Móveis:


2. Humanóides

3. Animats


B. Robôs Móveis Semi-Autônomos => AGV



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* Robôs Móveis:

>> Robôs Móveis Autônomos <<


* Robôs Móveis:

>> Robôs Móveis Autônomos <<


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ROBÔS:

• Robótica Autônoma - Aplicações:

- Robótica Submarina: Advocate Esprit Project. Web: http://advocate.e-motive.com/

- Autonomous Land VehicleIn a Neural Network Project - D. Pormerleau; T. Jochem, CMU.

Web: http://www.cs.cmu.edu/afs/cs/project/alv/member/www/projects/ALVINN.html

- Chernobyl Robot. Web: http://www.robotbooks.com/Chernobyl-robot.htm

- Volcano / Dante II- Nasa Project. Web: http://img.arc.nasa.gov/Dante/dante.html

- DeTeC - DeminingTech. Center. Web: http://diwww.epfl.ch/w3lami/detec/detec.html

- Honda HumanoidRobot. Web: http://www.honda.co.jp/english/technology/robot/

- Khepera (Research).Web: http://diwww.epfl.ch/lami/team/michel/khep-sim/

- Mars RoverResearch - MIT. Web: http://www.ai.mit.edu/projects/mars-rovers/

- Carros autônomos- Praxitele Project. Web: http://www-rocq.inria.fr/praxitele/cabby.html

http://www.inrialpes.fr/sharp/ http://www.inrialpes.fr/sharp/publications/bibsharp/adt.html

- Mars Rover- Sojourner. Web: http://mpfwww.jpl.nasa.gov/rover/about.html

>> Veja também... Introduction to Mobile Robots - Alonzo Kelly http://www.frc.ri.cmu.edu/~alonzo/pubs/pubs.html ou /~alonzo/course/course.html

ROBÓTICA AUTÔNOMA : SENSORES

• Tipos de Sensores:

Distância:Luz, Som, Força Outros Componentes

• Infra-Vermelho > Medidor de carga da bateria

• Sonar (ultrasom) e Radar > Temperatura, Pressão

• Laser > Umidade

• Câmeras de Vídeo - Linear / Matricial, Mono ou Binocular > Fumaça, Odores, etc.

• Sensor de contato (bumpers, antenas)

Posicionamento e Orientação

• GPS

• Bússolas

• Giroscópio

• Odômetros

• Faróis (ex. rádio) ou Câmera de Vídeo

• Referências:

Heinen, Farlei. “Robótica Autônoma: Integração entre Planificação e Comportamento Reativo”. Unisinos

Borenstein, J.; Everett, H.; Feng, L. “Where am I? Sensors and Methods for Mobile Robot Positioning”.

Univ. of Michigan, Oak Ridge Lab. 1996. Http://www-personal.engin.umich.edu/~johannb/

Kelly, Alonzo. “Introduction to Mobile Robots” (Perc eption). Robotics Institute - CMU. 1996.

Http://www.frc.ri.cmu.edu/~alonzo/course/course.html

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ROBÓTICA AUTÔNOMA : ATUADORES

• Tipos de Atuadores:

Locomoção:

• Motor de Passo: rodas, esteiras - velocidade, direção, rotação

• Pernas e pés (problema do equilíbrio)

• Propulsão (submarino, aéreo)

Manipulação:

• Pinças (grippers)

• Braço robótico => Prof. Adelmo Cechin!

• Referências:

Kelly, Alonzo. “Introduction to Mobile Robots” (Kine matics). Robotics Institute - CMU. 1996.

Http://www.frc.ri.cmu.edu/~alonzo/course/course.html

Jones, J.; Seiger, B.; Flynn, A. “Mobile Robots: Inspiration to Implementation”.

A. K. Peters, 1999. (Biblioteca Unisinos)

K-Team. “Khepera User Manual”. Lausanne, 12/03/99.

Http://www.k-team.com/download/khepera.html

ROBÓTICA AUTÔNOMA :

• Controle dos atuadores:

- Controle Deliberativo

- Controle Reativo

- Controle Hierárquico

- Controle Híbrido

DESAFIOS:

Modelagem

Simulação

Controle do robô Real

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ROBÓTICA AUTÔNOMA na WEB : [em 2000]

* FAQ : http://www.frc.ri.cmu.edu/robotics-faq/

* Associações:• Intelligent Autononous Systems Society. Web: http://www.science.uva.nl/research/neuro/ias-ras/• Society for Study of Artificial Intelligence and Simulation of Behaviour. Web: http://www.cogs.susx.ac.uk/aisb/• International Conference on Intelligent Robots and Systems. Web: http://iros2000.iis.u-tokyo.ac.jp/

* Universidades e Projetos de Pesquisa:• MIT AI (Artificial Intelligence) Lab. Web: http://w ww.ai.mit.edu/projects/• Autonoumous System Lab. - LAMI - EPFL. Web: http://dmtwww.epfl.ch/isr/asl/• Field and Space Robotics Laboratory - MIT. Web: http://robots.mit.edu/• Lab. for Perceptual Robotics-UMass. Web: http://www-robotics.cs.umass.edu/robotics.html• The Robotics Institute - Carnegie-Mellon University. Web: Web: http://www.ri.cmu.edu/• Stanford Robotics Lab. Web: http://robotics.stanford.edu/home.html• Khepera - Robot and Simulator. Web: http://diwww.epfl.ch/lami/team/michel/khep-sim/• Laboratoire Leibniz - Equipes Réseaux d'Automates e Laplace. IMAG, INPG - Grenoble, France. Web: http://www-leibniz.imag.fr/RESEAUX/ e http://ww w-leibniz.imag.fr/LAPLACE/

• Equipe SHARP - INRIA, France. Web: http://www.inrial pes.fr/sharp/Publications: http://www.inrialpes.fr/sharp/publica tions/bibsharp/adt.html

• Robocup Official Site. Web: http://www.robocup.org/

* Empresas: ( http://www.cs.virginia.edu/~gsw2c/robots.html )• Arrick Robotics. Web: http://www.robotics.com/ . AGVs. http://www.agvp.com/home.htm• Cybermotion Cyberguard. Web: http://www.cybermotion.com/ . IS Robotics. http://www.isr.com/• Nomadic Technologies Inc. Web: http://www.robots.com/• Lego MindStorm Site. Web: http://www.lego.com/mindstorms/ ou http://www.legomindstorms.com• Robotics Industries Association - RIA. Web: http://www.robotics.org/• Robotics OnLine. Web: http://www.roboticsonline.com/

ROBÓTICA AUTÔNOMA na WEB :

DARPA Challenge... Sebastian Thrunhttp://www.darpa.mil/grandchallenge/

Winner 2005:Stanford / Sebastian Thrun GroupStanley Team

http://en.wikipedia.org/wiki/DARPA_Grand_ChallengeVídeos em: http://www.darpa.mil/body/GC_video_clips.html(em caso de problema de conexão... http://www.the-cloak.com/login.html )

SWARM... Marco Dorigohttp://www.swarm-bots.org/

Robôs Comerciais... Ver a seguir

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Aplicações AtuaisAplicações AtuaisO PresenteO PresenteAplicações AtuaisAplicações Atuais�� AiboAibo

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Aplicações AtuaisAplicações Atuais�� Aspirador de Pó Aspirador de Pó --RoombaRoombaAplicações AtuaisAplicações Atuais�� Cortador de GramaCortador de Grama•• RoboMowerRoboMower•• AutoMowerAutoMower�� HusqvarnaHusqvarna�� Carrega as baterias Carrega as baterias automaticamenteautomaticamente�� Fio elétrico define a Fio elétrico define a área de atuaçãoárea de atuação�� Navegação obedece Navegação obedece padrões, sem padrões, sem sensores para sensores para verificar se a grama verificar se a grama foi realmente foi realmente cortadacortada

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Aplicações AtuaisAplicações Atuais�� Cortador de GramaCortador de Grama•• RoboMowerRoboMowerVídeo

Aplicações AtuaisAplicações Atuais�� HumanóidesHumanóides•• Honda Honda P3P3, , AsimoAsimoA bateria dura cerca de 25minToda a força computacionalé utilizada somente para caminhar

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Aplicações AtuaisAplicações Atuais�� HumanóidesHumanóides•• Honda Honda P3P3, , AsimoAsimoVídeos

Aplicações AtuaisAplicações Atuais�� Exploração EspacialExploração Espacial

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Aplicações AtuaisAplicações Atuais�� Exploração Exploração EspacialEspacial�� MarsMars RoverRoverAplicações AtuaisAplicações Atuais�� Robótica IndustrialRobótica Industrial�� Manipuladores Manipuladores RobóticosRobóticos

Área mais lucrativa da robótica atualmente

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Atividades: Robótica, Visão e Automação Inteligente

• Robótica: Manipuladores• Robótica: Simulação• Robótica: Veículos• Visão Artificial e Processamento de Imagens• Reconhecimento de Voz

Técnicas:

• Modelagem e Simulação de Processos Computacionais e de Inteligência Artificial

• Rede Neurais• Lógica Nebulosa• Multi-Agentes• Machine Learning• Processamento Gráfico e de Sinais Farlei Heinen & Adiléa Wagner

GIAGIA-- Grupo de Inteligência ArtificialGrupo de Inteligência ArtificialGVPA GVPA –– Grupo de Pesquisas em Veículos AutônomosGrupo de Pesquisas em Veículos Autônomos



Técnicas:


• Rede Neurais• Lógica Nebulosa• Multi-Agentes• Machine Learning• Processamento Gráfico e de Sinais Farlei Heinen


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Atividades:

• Robótica: Manipuladores• Robótica: Simulação• Robótica: Veículos• Visão Artificial e Processamento de Imagens:

• Reconhecimento de Padrões• Reconhecimento de Placas de Carros• Reconhecimento de Assinaturas• Processamento de Imagens de Satélite (CBERS)• Tratamento de Imagens• Reconhecimento de Gestos

• Interação Homem-Máquina: Voz, Processamento de Linguagem Natural• Análise, Previsão e Estimativas Econômicas• Mineração de Dados

Técnicas:

• Modelagem e Simulação de Processos Computacionais e de Inteligência Artificial• Rede Neurais, Lógica Nebulosa, Multi-Agentes, Machine Learning, Data-Mining,...Guilherme Breier & Leonel Poltosi




Técnicas:


• Rede Neurais• Lógica Nebulosa• Multi-Agentes• Machine Learning• Processamento Gráfico e de SinaisTúlio Bender, Eduardo Moschetta, Viviane TodtJoão Bittencout + PONFAC S.A. Original Filtro Convencional Filtro Neural


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• Robótica: Manipuladores• Robótica: Simulação• Robótica: Veículos• Visão Artificial e Processamento de Imagens• Reconhecimento de Voz e de Gestos

Técnicas:


• Rede Neurais• Lógica Nebulosa• Multi-Agentes• Machine Learning• Processamento Gráfico e de Sinais João BittencourtKátia Hardt, Bruno Roth,André Tavares





Técnicas:


• Rede Neurais Artificiais• Lógica Nebulosa• Algoritmos Genéticos• Multi-Agentes• Machine Learning• Processamento Gráfico e de Sinais• Desenvolvimento de Hardware/Software para Sistemas de Controle

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Técnicas:


• Rede Neurais Artificiais• Lógica Nebulosa• Algoritmos Genéticos• Multi-Agentes• Machine Learning• Processamento Gráfico e de Sinais• Desenvolvimento de Hardware/Software para Sistemas de Controle


Robótica, Visão e Automação InteligenteNíveis de Controle

• Comando / Acionamento “Drive by Wire”Exemplos: Joystick, Celular, Data Glove comandando

• Controle / Apoio ao MotoristaExemplos: AGV, ACC, Lane Follow, Collision Avoidande

• Condução / Dirigir AutonomamenteExemplos: Estacionar, ACC + Follow + Collision Avoidance, Rota Porto Alegre – Chapecó Autônoma comandocontrolecondução

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Robótica Inteligente e Veículos AutônomosRobótica Inteligente e Veículos AutônomosGIAGIA-- Grupo de Inteligência ArtificialGrupo de Inteligência Artificial

GVPA GVPA –– Grupo de Pesquisas em Veículos AutônomosGrupo de Pesquisas em Veículos AutônomosTemas Principais:

• Tipos de Robôs• Sensores e Atuadores• Inteligência & Robôs• Modelos Sensoriais• Modelos Cinemáticos• Controle Robótico:

• Controle Reativo• Controle Deliberativo• Controle Hierárquico

• Mapas do Ambiente:• Construção de Mapas• Planejamento de Trajetórias • SMPA - Sense Model Plan Act

• Problemas: • Desvio de Obstáculos• Posicionamento

• Soluções: Controle Robusto Híbrido• Simulação - SimRob3D

Desenvolvidopelo GIA/GPVANa UnisinosVídeo/DemodisponívelRobótica Inteligente e Veículos AutônomosRobótica Inteligente e Veículos Autônomos

Unisinos Unisinos -- PIPCAPIPCA

Projetos:

• COHBRA - Controle Híbrido Inteligente de Robôs Autônomos [2001-2003]http://www.inf.unisinos.br/~osorio/cohbra.html

• CORNEA - Reconhecimento de Objetos baseado em Atribu tos [2003-2006]de Cor e no Uso de Redes Neurais

"Color based Object Recognition using a NEural Approach"http://www.inf.unisinos.br/~osorio/cornea.html

• IAVI - Inteligência Artificial aplicada em Veículos e [2006- em andamento] Agentes Móveis Inteligentes

http://www.inf.unisinos.br/~osorio/iavi.html

Trabalhos de Alunos - Dissertações e TCCs

• Dissertações: Farlei Heinen, Túlio Bender, Rafael Jef fman, Milton Heinen• TCCs: Farlei Heinen, Eduardo Righes, Flávio Alves, Lu ciane Fortes

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