Semana de Informática FUNDAÇÃO ESCOLA PROFISSIONAL DE SETÚBAL Robôs com comportamentos: A...

Semana de InformáticaFUNDAÇÃO ESCOLA

PROFISSIONAL DE SETÚBAL

Robôs com comportamentos:A engenharia está a ficar biológica

António Abreu

[email protected]

http://ltodi.est.ips.pt/aabreu

Setúbal, 5 de Junho de 2002

Agenda:

• Visão genérica sobre a Robótica Móvel• Modelo central versus comportamentos• Robô Khepera• Módulo de comportamento• Exemplos de comportamentos• Conclusões

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SETÚBAL

Introdução


SETÚBAL

Tipos de robótica móvel:

• Controlada remotamente por um operador (desminagem)

• Veículos auto-guiados (seguem fios ou linhas colocadas no chão)

• Veículos que recebem directivas de um operador e

autonomamente desempenham as tarefas (Mars sojourney)

• Veículos autónomos com uma dada especialização (limpeza)

• Veículos totalmente autónomos (robôs domésticos)

Ambientes de operação de robôs móveis


SETÚBAL

Terra (entre portas e fora de portas)



SETÚBAL

Ar



SETÚBAL

Água

Tipos de robôs móveis terrestres


SETÚBAL

Com uma perna



SETÚBAL

Com duas pernas



SETÚBAL

Com três pernas



SETÚBAL

Com quatro pernas



SETÚBAL

Com seis pernas



SETÚBAL

Disposição das rodas em função dos motores: Diferencial



SETÚBAL

Disposição das rodas em função dos motores: syncro-drive



SETÚBAL

Rodas omnidireccionais



SETÚBAL

Modulares

Para começar...


SETÚBAL

Lego Mindstorms (<250€)


SETÚBAL

Robótica móvel agrega estudos de:

• Engenharia

• Mecânica (configuração física, materiais)

• Electrónica (energia, comunicações)

• Controlo (estabilidade)

• Informática (programação, algoritmos)

• Ciências da vida (Etologia, Sociologia, Neuro-ciências, etc.)

• Matemática


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Sensores:

• Distância (ultrasons, infravermelhos, imagens, LASER)

• Variados (luz, som, pressão, temperatura, orientação)

• Câmaras de imagem (reconhecimento de formas)

• Pele artificial


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Actuadores/efectores:

• Motores Eléctricos (corrente contínua, passo-a-passo) que

permitem mover:

• garras

• rodas

• juntas (joelhos, dedos, olhos, cabeças, torsos)

• actuadores pneumáticos e hidráulicos.


SETÚBAL

O que é a robótica móvel?

Conjunto de algoritmos que transformam os valores dos sensores e

estado interno do robô, em valores a aplicar aos actuadores, de

modo a atribuir um elevado grau de autonomia e robustez no

cumprimento dos objectivos do veículo.

Arquitectura baseada em modelo central ou sentir-modelar-actuar

percepção modelação planeamento execução controlosensores actuadores

• carácter sequencial• falha um, falham todos• fraca reactividade• requer grandes computadores


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mover

desviar de obstáculos

ir para a luz

apanhar objectos

sensores actuadores

Arquitectura baseada em comportamentos

• carácter paralelo• a falha de um não implica o colapso• boa reactividade• implementações em HW distribuído


SETÚBAL

Robô Khepera

5.5 cmH=3.5 cm


SETÚBAL

Robô Khepera

5.5 cmH=3.5 cm

8 sensores de distância/luminosidade2 motores cc


SETÚBAL

Módulo de comportamento

capacidade

estado interno

estado externo

actividade

acção

A capacidade e o estado são avaliados com base em lógica difusa


SETÚBAL

Composição de módulos

capacidade

estado interno

estado externo

actividade

acção

capacidade

estado interno

estado externo

actividade

acção

actividade

acção

A fusão de módulos de comportamento é feita com

base em lógica difusa


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Exemplo: mover e desviar-de-obstáculos

mover R,V

desviar-de-obstáculos


SETÚBAL

Comportamento: seguir-paredes


SETÚBAL

Missão: robô recolector


SETÚBAL

Conclusões

• a robótica móvel reúne estudos de muitas áreas;

• área de estudo difícil devido a modelar-se comportamento animal, não sendo este generalizável ou universal;

• apesar das dificuldades, a robótica móvel não é ficção;

• são necessários poucos conhecimentos para colocar um robô em funcionamento com capacidades semelhantes a uma bactéria;

• um dos problemas mais difíceis é a percepção, provavelmente mais difícil que a inteligência;

• Melhor que ser inteligente é saber sobreviver;


SETÚBAL

Conclusões (cont.)

• modelos racionais complexos levam a grandes robôs;

• modelos racionais simples (distribuídos) levam a pequenos robôs;

• arquitecturas baseadas em comportamentos têm produzido pequenos robôs robustos e autónomos;

• inspiração na Biologia porque esta fornece inúmeros exemplos de soluções simples e mais que testadas:

• o cérebro apresenta uma organização distribuída ;• o comportamento animal é mais reactivo do que racional;• compreender o comportamento/fisiologia animal é uma base sustentável para a construção de modelos de comportamento autónomo.


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