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ROBÓTICA. Alexandre Andrade Paulo Urbano {araa,pgau}@di.ufpe.br. Introdução. O que é um robô? Def. Clássica: “Manipulador multifuncional programável, projetado para mover materiais através de vários movimentos programados que realizam uma variedade de tarefas.”

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Presentation Transcript
rob tica

ROBÓTICA

Alexandre Andrade

Paulo Urbano

{araa,pgau}@di.ufpe.br

introdu o
Introdução
  • O que é um robô?
    • Def. Clássica: “Manipulador multifuncional programável, projetado para mover materiais através de vários movimentos programados que realizam uma variedade de tarefas.”
    • Redefinindo: “É um agente artificialativo cujo ambiente é o mundo físico.”
rob s aut nomos
Robôs Autônomos
  • Definição:
    • Robôs que alteram seus planos durante a execução.
  • RA vs. Agente Autônomo em geral
    • Atuam no mundo real.
    • Inacessível, não-determinístico, não-episódico, dinâmico e contínuo.
    • Envolve Eng. Mecânica, Elétrica, etc.
o que rob tica
O que é robótica?
  • Robôs Autônomos
    • Exemplos: Mensageiros, robôs-vigia.
  • Telepresença
    • Exemplos: Submarinos-robô autônomos.

Robô

Ambiente Real

Usuário

Interface

Robô

Amb. Real

o que n o rob tica

Agente de

Software

Amb. Virtual

Usuário

Interface

Amb. Virtual

O que não é robótica?
  • Softbots Autônomos
  • Realidade Virtual
    • Exemplos: Navegação em mundos virtuais, simulação de cirurgias.
aplicabilidade ind strias
Aplicabilidade - Indústrias
  • Tarefas físicas repetidas.
  • Exemplo: Automotivas e micro-eletrônica.
  • Pouco uso de robôs autônomos.
aplic manipula o de materiais
Aplic. - Manipulação de materiais
  • Armazenamento, transporte e entrega de material (autônomo).
  • Construção civil.
  • Tossagem de ovelhas.
  • Contra-exemplo: empacotamento de alimentos.
aplicabilidade mobots
Aplicabilidade - Mobots
  • Mobots: Robôs móveis.
  • Exemplos:
    • Mensageiros;
    • Robôs-vigia;
    • Submarinos-robô autônomos (AUVs);
    • Pathfinder.
aplic ambientes arriscados
Aplic. - Ambientes arriscados
  • Usinas nucleares e limpeza radioativa.
  • Construções não-estáveis.
  • Proximidade do fogo ou de fumaças tóxicas.
  • Exploração do fundo do mar e manipulação do material biológico.

Teleoperação e autonomia!

aumento das capacidades humanas
Aumento das capacidades humanas
  • Recuperação dos estímulos humanos.
  • Próteses que dão a sensação de toque.
  • Cachorro-robô como guia de cego.
  • A Mulher-biônica.

Sen. e Ef.

Biológicos

Cérebro

Humano

Amb. Real

Sen. e Ef.

Robóticos

efetuadores locomo o
Efetuadores - Locomoção
  • Locomoção
    • Muda a posição do robô usando ‘pernas’ ou ‘rodas’.
    • Estável ou instável. Hovercraft.
    • Graus de liberdade. Holonômicos e não-holonômicos.
efetuadores manipula o
Efetuadores - Manipulação
  • Manipulação
    • Move (ou manipula) objetos num ambiente.
    • Movimentos rotativos e prismáticos.
    • Dois componentes: o manipulador (e.g., braço mecânico) e o efetuador-fim, o qual interage diretamente com os objetos do mundo (dedos, chave-de-fenda, etc).
sensores propriocep o
Sensores - Propriocepção
  • Propriocepção
    • Feedback interno sobre a posição das junções.
    • Mobots usam odometria para medir seu deslocamento, giroscópio para orientação e aceleromêtros para mudança de velocidade.
sensores for a e tato
Sensores - Força e Tato
  • Sensores de Força
    • Controlam a força dos efetuadores.
    • Entre o manipulador e o efetuador-fim.
    • Exemplo: ‘Tira-tinta’ de vidro.
  • Sensores de Tato
    • Coletam informações sobre a superfície dos objetos que os efetuadores manipularão.
    • No efetuador-fim.
    • Exemplo: Xícara de café.
sensores sonar
Sensores - SONAR
  • SONAR (SOund NAvigation and Rangin)
    • Provê informações sobre a distância dos objetos ao robô.
    • Mapeia o ambiente e evita colisões com obstáculos, humanos e mobots.
    • Cálculos comlexos e ainda não muito confiáveis. Imagem ‘fantasma’.
    • Morcegos e golfinhos. Stealth bomber.
sensores c meras
Sensores - Câmeras
  • Câmeras
    • Tentativa de simular, em menor grau, os sistemas de visão humano e animal.
    • Restrições de domínio.
    • Evitar. Por exemplo: uso de código de barras para tarefas de armazenagem.
    • Simplificar aproveitando as características intrísecas ao ambiente ou agindo para perceber.
arquiteturas de mobots aut nomos
Arquiteturas de Mobots Autônomos
  • Arquitetura do mapeamento

percepção ação.

  • Dois tipos:
    • Arquitetura Clássica
    • Arquitetura de Autômato Situado
arquitetura cl ssica
Arquitetura Clássica
  • Abordagem por domínio de estudo (planejamento, percepção, controle.).
  • Ações de Nível Intermediário (ILAs) e Ações de Baixo Nível (LLAs).
  • Visão Top-Down
  • Portabilidade parcial e baixa eficiência.
arquitetura cl ssica granularidade
Arquitetura Clássica Granularidade

HPOP

ILAs

Grau

de

granularidade

limite do determinismo

Especializadas

LLAs

arquitetura de aut mato situado
Arquitetura de Autômato Situado
  • Abordagem por tarefas(navegação, manipulação).
  • Eliminação da explícita representação e manipulação do conhecimento.
  • Visão Bottom-Up
  • Soluções implementadas em softwares especializados ou hardware.
  • Não-portabilidade e eficiência.
  • Estrutura de controle descentralizada.
espa os de configura o
Espaços de configuração
  • Ferramentas para análise de completude, corretude e complexidade
  • Do robô (C)
  • Dos obstáculos (O)
  • Espaço livre (F = C - O)
espa o de configura o generalizado
Espaço de configuração generalizado
  • Espaço de configuração generalizado (E)
    • W = C x E
  • É de dimensão infinita para objetos flexíveis
  • Caminhos de transição
  • Caminhos de transferência
  • Ambiente com outros objetos móveis e de forma variável
  • Planejamento de montagem
problema
Problema...
  • Planejamento em ambiente com objetos móveis é intrinsecamente difícil.
  • Soluções:
    • Partição de W (ex: blocos de construção)
    • Planejar separadamente a movimentação dos objetos e do robô
    • Restringir a movimentação dos objetos
conjuntos reconhec veis
Conjuntos reconhecíveis
  • Situações onde conhecimento do ambiente é pequeno
  • Sensor abstrato ---- s: W® V
  • Conjuntos reconhecíveis são conjuntos:

s -1(s), s Î V

navega o e planejamento de movimento
Navegação e planejamento de movimento
  • Decomposição em células
  • Esqueletização
  • Planejamento “Bounded-error”
  • Navegação baseada em marcas
  • Algoritmos online
decomposi o em c lulas
Decomposição em células
  • Dividir F em células
  • Determinar um grafo de adjacências
  • Traçar o caminho entre a origem e o destino
  • Escolher granularidade das células
  • Conservativo (não ótimo, mas seguro)
esqueletiza o
Esqueletização
  • Representação minimal do espaço livre
  • Algoritmos de busca em grafos
  • Tipos
    • Grafo de visibilidade
    • Diagrama de Voronoi
    • Mapas de estrada
movimenta o de alta precis o
Movimentação de alta precisão
  • Utilização de sensores
  • Conhecimento prévio do ambiente é desnecessário
  • Incerteza gera dificuldades
navega o baseada em marcas
Navegação baseada em marcas
  • Marcas e campos de influência
  • Movimentação dentro de um “cone”
  • Backprojection
algoritmos online

pior caso

menor possível

Algoritmos online
  • Algoritmos simples para escolhas em tempo real
  • Memória limitada
  • Razão competitiva =
perguntas
Perguntas
  • No caso da missão a Marte, que algoritmo de planejamento de movimentação seria mais adequado?
  • No caso do mundo de Wumpus ser em um ambiente real, quais sensores e efetuadores usados?
  • Qual tipo de incerteza teremos num mundo de Wumpus como acima?