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1 Robótica Robótica –– 2002/20032002/2003 Introdução à RobóticaIntrodução à Robótica Luís Paulo ReisLuís Paulo Reis lpreis@fe.up.ptlpreis@fe.up.pt http://www.fe.up.pt/~lpreishttp://www.fe.up.pt/~lpreis LIACC LIACC –– LabLab. Inteligência Artificial e Ciência de Computadores. Inteligência Artificial e Ciência de Computadores FEUP FEUP –– Faculdade de Engenharia da Universidade do PortoFaculdade de Engenharia da Universidade do Porto LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 22 Estrutura da ApresentaçãoEstrutura da Apresentação Robótica e Inteligência ArtificialRobótica e Inteligência Artificial Ficha da DisciplinaFicha da Disciplina Plataformas e Simuladores RobóticosPlataformas e Simuladores Robóticos Trabalhos Práticos da DisciplinaTrabalhos Práticos da Disciplina ConclusõesConclusões 2 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 33 Estrutura da ApresentaçãoEstrutura da Apresentação Robótica e Inteligência ArtificialRobótica e Inteligência Artificial –– Inteligência ArtificialInteligência Artificial –– Agentes e Sistemas Agentes e Sistemas MultiMulti--AgenteAgente –– RobóticaRobótica –– Robótica InteligenteRobótica Inteligente Ficha da DisciplinaFicha da Disciplina Plataformas e Simuladores RobóticosPlataformas e Simuladores Robóticos Trabalhos Práticos da DisciplinaTrabalhos Práticos da Disciplina ConclusõesConclusões LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 44 Inteligência ArtificialInteligência Artificial InteligênciaInteligência –– ““Capacidade de utilizar o conhecimento para Capacidade de utilizar o conhecimento para resolver novos problemasresolver novos problemas e perceber como e perceber como lidar com novas situações” lidar com novas situações” Inteligência ArtificialInteligência Artificial –– “Ciência para construir“Ciência para construir máquinas máquinas para fazer para fazer coisas que requeremcoisas que requerem inteligência inteligência quando feitas quando feitas pelopelo homem”homem” 3 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 55 Agentes e Sistemas MultiAgentes e Sistemas Multi--AgenteAgente Agente Agente –– “Sistema computacional, situado num dado “Sistema computacional, situado num dado ambienteambiente, que tem a , que tem a percepçãopercepção desse ambiente desse ambiente através de sensoresatravés de sensores e e ageage de de forma autónomaforma autónoma nesse ambiente nesse ambiente através de actuadores através de actuadores de forma a de forma a desempenhar uma dada função”desempenhar uma dada função” Sistema Sistema MultiMulti--AgenteAgente –– “Sistema em que “Sistema em que dois ou mais agentes interagemdois ou mais agentes interagem ou ou trabalham em conjunto de forma a trabalham em conjunto de forma a desempenhar umdesempenhar um determinado determinado conjunto de tarefasconjunto de tarefas”” ? agent percepts sensors actions effectors environment LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 66 Robótica InteligenteRobótica Inteligente Robótica Robótica –– Estudo de Estudo de Agentes RobóticosAgentes Robóticos (com corpo)(com corpo) –– Complexidade Acrescida:Complexidade Acrescida: Ambientes:Ambientes: Dinâmicos, Inacessíveis, Contínuos e Dinâmicos, Inacessíveis, Contínuos e Não Determinísticos!Não Determinísticos! Fusão Sensorial:Fusão Sensorial: Percepção do AmbientePercepção do Ambiente Controlo do Robô:Controlo do Robô: AcçãoAcção Arquitectura do Robô (Física / Controlo)Arquitectura do Robô (Física / Controlo) Navegação em Ambientes DesconhecidoNavegação em Ambientes Desconhecido InteracçãoInteracção com outros Robôs/Humanoscom outros Robôs/Humanos 4 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 77 DefiniçãoDefinição de de RobôRobô Robô: Um Agente artificial activo que possui um corpo e cujo ambiente é o mundo real (físico). Robô Autónomo: Um robô que realiza as suas próprias decisões utilizando o feedback que recebe do seu ambiente. sensores Actuadores LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 88 Leis da Robótica Leis da Robótica -- AsimovAsimov Leis da Robótica Leis da Robótica (Isaac (Isaac AsimovAsimov, 1940), 1940) –– Lei 0: Lei 0: Um Robô não pode ferir a humanidadeUm Robô não pode ferir a humanidade (ou (ou por inacção permitir que tal aconteça)por inacção permitir que tal aconteça) –– Lei 1: Lei 1: Um Robô não pode ferir um humanoUm Robô não pode ferir um humano (ou por (ou por inacção permitir que tal aconteça)inacção permitir que tal aconteça) –– Lei 2: Lei 2: Um Robô deve obedecer às ordens dadas por Um Robô deve obedecer às ordens dadas por humanoshumanos –– Lei 3: Lei 3: Um Robô deve proteger a sua própria Um Robô deve proteger a sua própria existênciaexistência 5 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 99 AlgumasAlgumas AplicaçõesAplicações de de RobôsRobôs RobôsRobôs IndividuaisIndividuais –– Manufacturing and materials handlingManufacturing and materials handling –– Building constructionBuilding construction –– SheepSheep--shearingshearing –– CouriersCouriers –– Handling and cleanup of hazardous materialsHandling and cleanup of hazardous materials –– MiningMining –– Robotic surgeryRobotic surgery RobôsRobôs DistribuídosDistribuídos –– Security guardsSecurity guards –– Search & rescueSearch & rescue –– Planetary explorationPlanetary exploration –– Housekeepers in smart homesHousekeepers in smart homes –– Autonomous underwater vehicles for explorationAutonomous underwater vehicles for exploration LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1010 ComposiçãoComposição de um de um RobôRobô RobôsRobôs consistemconsistem de de sensoressensores, , actuadoresactuadores e e um um cérebrocérebro artificialartificial PorPor ExemploExemplo:: –– CPU controller, IR sensors, bumper sensors, CPU controller, IR sensors, bumper sensors, shaft encoders, locomotion motors with gears, shaft encoders, locomotion motors with gears, and servo motorsand servo motors 6 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1111 Estrutura da ApresentaçãoEstrutura da Apresentação Robótica e Inteligência ArtificialRobótica e Inteligência Artificial Ficha da DisciplinaFicha da Disciplina –– DocentesDocentes –– Conhecimentos PréviosConhecimentos Prévios –– ProgramaPrograma –– ObjectivosObjectivos –– FerramentasFerramentas –– AvaliaçãoAvaliação Plataformas e Simuladores RobóticosPlataformas e Simuladores Robóticos Trabalhos Práticos da DisciplinaTrabalhos Práticos da Disciplina ConclusõesConclusões LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1212 DocentesDocentes Eugénio OliveiraEugénio Oliveira –– 1.5h Teóricas1.5h Teóricas Luís Paulo ReisLuís Paulo Reis –– 1.5h Teóricas 1.5h Teóricas –– 1.0h Práticas1.0h Práticas Palestras Convidadas de Especialistas da Palestras Convidadas de Especialistas da Área:Área: –– Docentes/Investigadores da FEUPDocentes/Investigadores da FEUP –– Outras UniversidadesOutras Universidades 7 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1313 Conhecimentos PréviosConhecimentos Prévios Inteligência ArtificialInteligência Artificial AgentesAgentes e Inteligência Artificial Distribuídae Inteligência Artificial Distribuída ProgramaçãoProgramação (C, C++, Java, Pascal)(C, C++, Java, Pascal) Algoritmos e Estruturas de DadosAlgoritmos e Estruturas de Dados LIACCLIACC--FEUPFEUPLuís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1414 ProgramaPrograma Enquadramento da IA na RobóticaEnquadramento da IA na Robótica Arquitecturas para RobôsArquitecturas para Robôs Manipulação em RobóticaManipulação em Robótica Algoritmos de Navegação em Ambientes Algoritmos de Navegação em Ambientes Conhecidos/DesconhecidosConhecidos/Desconhecidos Percepção e Interpretação SensorialPercepção e Interpretação Sensorial Representação de Estados do MundoRepresentação de Estados do Mundo Controlo de Robôs MóveisControlo de Robôs Móveis Planeamento em RobóticaPlaneamento em Robótica Robótica CooperativaRobótica Cooperativa 8 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1515 ObjectivosObjectivos Compreender Fundamentos de:Compreender Fundamentos de: –– RobóticaRobótica –– Navegação RobóticaNavegação Robótica –– PlaneamentoPlaneamento –– Percepção/AcçãoPercepção/Acção –– Robótica CooperativaRobótica Cooperativa Aplicação Prática de Conhecimentos utilizando:Aplicação Prática de Conhecimentos utilizando: –– SimuladoresSimuladores –– Plataformas RobóticasPlataformas Robóticas Participação em Competições Robóticas:Participação em Competições Robóticas: –– NacionaisNacionais –– InternacionaisInternacionais LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1616 FerramentasFerramentas Simulador de Robótica Móvel: Simulador de Robótica Móvel: –– CiberCiber--RatoRato Simulador de Futebol Robótico: Simulador de Futebol Robótico: –– SoccerSoccer Server (RoboCup)Server (RoboCup) Plataforma Robótica Quadrúpede:Plataforma Robótica Quadrúpede: –– AIBO da AIBO da SonySony 9 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1717 AvaliaçãoAvaliação Nota Final:Nota Final: –– Trabalho Prático (50%)Trabalho Prático (50%) –– Exame Final (50%)Exame Final (50%) Trabalhos Práticos:Trabalhos Práticos: –– Navegação (Simulador Navegação (Simulador CiberCiber--RatoRato)) –– Liga de Simulação do RoboCupLiga de Simulação do RoboCup –– Plataforma Robótica AIBO Plataforma Robótica AIBO -- SonySony LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1818 Estrutura da ApresentaçãoEstrutura da Apresentação Robótica e Inteligência ArtificialRobótica e Inteligência Artificial Ficha da DisciplinaFicha da Disciplina Plataformas e Simuladores RobóticosPlataformas e Simuladores Robóticos –– Simulador Simulador CiberCiber--RatoRato –– Simulador Simulador SoccerSoccer--ServerServer -- RoboCupRoboCup –– Plataforma Robótica AIBOPlataforma Robótica AIBO –– Outras Plataformas RobóticasOutras Plataformas Robóticas Trabalhos Práticos da DisciplinaTrabalhos Práticos da Disciplina ConclusõesConclusões 10 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 1919 Simulador Simulador CiberCiber--RatoRato Robôs virtuais num labirinto!Robôs virtuais num labirinto! LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2020 Simulador de Robótica Móvel Simulador de Robótica Móvel CiberCiber--RatoRato 60º60º 60º 60 º 60 º 0.5 Sensor Obstáculos Centro Sensor Obstáculos Direita Sensor Obstáculos Esquerda Motor Esquerdo Motor Direito Sensor de Farol e Bússola Sensor Colisões 11 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2121 O Agente O Agente CiberCiber--FEUPFEUP LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2222 Simulador de Robótica Móvel Simulador de Robótica Móvel CiberCiber--RatoRato Exemplos de Labirintos SimplesExemplos de Labirintos Simples Manga 1 Manga 2 FinalManga 3 12 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2323 Futebol Robótico Simulado Futebol Robótico Simulado -- RoboCupRoboCup Projecto Internacional Projecto Internacional –– Robótica InteligenteRobótica Inteligente –– Inteligência ArtificialInteligência Artificial (Distribuída)(Distribuída) FutebolFutebol -- tópico central de investigação:tópico central de investigação: –– Jogo colectivo complexo e atractivoJogo colectivo complexo e atractivo –– Enorme leque de tecnologias:Enorme leque de tecnologias: Agentes Autónomos, Agentes Autónomos, Sistemas Sistemas MultiMulti--AgenteAgente, , Cooperação, Cooperação, RobóticaRobótica, Comunicação, Fusão , Comunicação, Fusão Sensorial, Raciocínio em TempoSensorial, Raciocínio em Tempo--Real, Real, Aprendizagem, etc.Aprendizagem, etc. LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2424 Futebol Robótico Simulado Futebol Robótico Simulado -- RoboCupRoboCup Objectivo do Projecto: Objectivo do Projecto: –– “Que em 2050, uma equipa de Robôs consiga “Que em 2050, uma equipa de Robôs consiga vencer a equipa humana campeã do mundo!”vencer a equipa humana campeã do mundo!” 13 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2525 Ligas do RoboCupLigas do RoboCup Modalidades do RoboSoccerModalidades do RoboSoccer –– Simulação Simulação -- SoccerServerSoccerServer –– Robôs PequenosRobôs Pequenos –– Robôs MédiosRobôs Médios –– Robôs com Pernas (Robôs com Pernas (AiboAibo da da SonySony)) –– Robôs Robôs HumanoidesHumanoides Desafios AssociadosDesafios Associados –– Visualizadores 3DVisualizadores 3D –– Comentador InteligenteComentador Inteligente –– Treinador de FutebolTreinador de Futebol –– RobocupRobocup RescueRescue LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2626 Liga de SimulaçãoLiga de Simulação Robôs Virtuais Robôs Virtuais Campo virtual com 105*68mCampo virtual com 105*68m Robôs controlados por Robôs controlados por computadores ou processos computadores ou processos distintosdistintos Simulador envia percepções Simulador envia percepções e recebe acções dos e recebe acções dos agentesagentes Equipas de 11 jogadores Equipas de 11 jogadores (+ treinador)(+ treinador) 14 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2727 Plataforma Robótica AIBOPlataforma Robótica AIBO LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2828 Plataforma Robótica AIBOPlataforma Robótica AIBO Câmara VídeoCâmara Vídeo Microfone Microfone StéreoStéreo SpeakerSpeaker Luzes (Luzes (LedsLeds)) Bateria de LítioBateria de Lítio Comunicação Comunicação WirelessWireless Sensores de Aceleração, Toque, Proximidade, Sensores de Aceleração, Toque, Proximidade, Temperatura e VibraçãoTemperatura e Vibração Actuadores com 20 Graus de Liberdade: 1Actuadores com 20 Graus de Liberdade: 1-- Boca, 3Boca, 3--Cabeça, 2Cabeça, 2--Cauda, 1*2Cauda, 1*2--Orelhas, 3*4Orelhas, 3*4-- PernasPernas 15 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 2929 Plataforma Robótica AIBOPlataforma Robótica AIBO OPENOPEN--R:R: –– Interface standard para robôs de Interface standard para robôs de entretenimento da entretenimento da SonySony OPENOPEN--R SDK R SDK (OPEN(OPEN--R Software R Software DevelopmentDevelopment Kit)Kit) –– Ambiente de desenvolvimento baseado no Ambiente de desenvolvimento baseado no gccgcc (C++)(C++) –– Permite construir programas que correm Permite construir programas que correm no ERSno ERS--210210 –– Ferramentas de acesso livreFerramentas de acesso livre –– Arquitectura modular de Hardware e Arquitectura modular de Hardware e SoftwareSoftware –– Suporte para comunicação Suporte para comunicação WirelessWireless LIACCLIACC--FEUPFEUPLuís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 3030 Outras Plataformas RobóticasOutras Plataformas Robóticas 16 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 3131 Estrutura da ApresentaçãoEstrutura da Apresentação Robótica e Inteligência ArtificialRobótica e Inteligência Artificial Ficha da DisciplinaFicha da Disciplina Plataformas e Simuladores RobóticosPlataformas e Simuladores Robóticos Trabalhos Práticos da DisciplinaTrabalhos Práticos da Disciplina ConclusõesConclusões LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 3232 Trabalhos PráticosTrabalhos Práticos Trabalho 1:Trabalho 1: Implementação de Algoritmos de Implementação de Algoritmos de Navegação em Ambientes Conhecidos/Desconhecidos Navegação em Ambientes Conhecidos/Desconhecidos –– D* com Grelhas de EvidênciaD* com Grelhas de Evidência Trabalho 2:Trabalho 2: Implementação de Algoritmos de Implementação de Algoritmos de Navegação em Ambientes Conhecidos.Navegação em Ambientes Conhecidos. Trabalho 3:Trabalho 3: Construção de uma Equipa para a Liga de Construção de uma Equipa para a Liga de Simulação do RoboCup baseada no FCSimulação do RoboCup baseada no FC--FEUP (Decisão FEUP (Decisão com e sem Bola, Posicionamento e Troca de Posições)com e sem Bola, Posicionamento e Troca de Posições) Trabalho 4:Trabalho 4: Construção de uma Equipa para a Liga de Construção de uma Equipa para a Liga de Simulação do RoboCup baseada no FCSimulação do RoboCup baseada no FC--FEUP (Decisão FEUP (Decisão com Bola, Comunicação, Visão Estratégica, Drible).com Bola, Comunicação, Visão Estratégica, Drible). Trabalho 5:Trabalho 5: Construção de um Construção de um GuardaGuarda--RedesRedes para uma para uma Equipa da Liga de Simulação do RoboCup Equipa da Liga de Simulação do RoboCup 17 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 3333 Trabalhos PráticosTrabalhos Práticos Trabalho 6:Trabalho 6: Implementação de Algoritmos de Implementação de Algoritmos de Locomoção, Acção e Controlo do AIBO Locomoção, Acção e Controlo do AIBO ERS220 (ERS220 (SonySony DogDog)) Trabalho 7:Trabalho 7: Implementação de Algoritmos de Implementação de Algoritmos de Percepção (Visão) no AIBO ERS210A (Percepção (Visão) no AIBO ERS210A (SonySony DogDog)) Trabalho 8:Trabalho 8: Implementação de Algoritmos de Implementação de Algoritmos de Localização no AIBO ERS210A (Localização no AIBO ERS210A (SonySony DogDog)) Trabalho 9:Trabalho 9: Implementação de Algoritmos de Implementação de Algoritmos de Comunicação para Robôs AIBO ERS210A Comunicação para Robôs AIBO ERS210A ((SonySony DogDog)) LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 3434 Estrutura da ApresentaçãoEstrutura da Apresentação Robótica e Inteligência ArtificialRobótica e Inteligência Artificial Ficha da DisciplinaFicha da Disciplina Plataformas e Simuladores RobóticosPlataformas e Simuladores Robóticos Trabalhos Práticos da DisciplinaTrabalhos Práticos da Disciplina ConclusõesConclusões –– Ênfase da Disciplina de Robótica da LEICÊnfase da Disciplina de Robótica da LEIC –– Mais Informação sobre a DisciplinaMais Informação sobre a Disciplina 18 LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 3535 Ênfase da Disciplina de Ênfase da Disciplina de Robótica da LEICRobótica da LEIC Robótica InteligenteRobótica Inteligente –– Ênfase na Programação de Máquinas Ênfase na Programação de Máquinas InteligentesInteligentes Utilização de SimulaçãoUtilização de Simulação –– Senão?Senão? Electrónica + Sistemas Digitais + ElectricidadeElectrónica + Sistemas Digitais + Electricidade Competições RobóticasCompetições Robóticas –– Construir Robôs/Equipas de Robôs Construir Robôs/Equipas de Robôs “Competitivos”“Competitivos” LIACCLIACC--FEUPFEUP Luís Paulo Reis / 2003Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº Slide Nº 3636 Mais Informação sobre a Mais Informação sobre a DisciplinaDisciplina Páginas Web:Páginas Web: –– http://http://www.fe.up.ptwww.fe.up.pt//~eol~eol/ROBO/20022003//ROBO/20022003/roboticarobotica –– http://http://www.fe.up.ptwww.fe.up.pt//~lpreis~lpreis –– http://http://microrato.ua.ptmicrorato.ua.pt –– http://http://www.ieeta.ptwww.ieeta.pt//robocuprobocup –– http://http://www.robocup.orgwww.robocup.org –– http://http://www.us.aibo.comwww.us.aibo.com DocentesDocentes –– Luís Paulo Reis (I121, Luís Paulo Reis (I121, lpreis@fe.up.ptlpreis@fe.up.pt)) –– Eugénio Oliveira (I121, Eugénio Oliveira (I121, eco@fe.up.pteco@fe.up.pt))
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