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

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1 Unisinos PIPCA-GIA: GPVA : GRAPHIT / 2006 Prof.Dr.Christian PPG em Computação Aplicada -Robótica Inteligente Colaboradores: Alunos AdiléaWagner, Milton MScFarleiHeinen-farlei@unisinos.br Heinen, Cláudio Fernando e AdelmoCechin-acechin@unisinos.br Ex-alunos: Rafael Jung crjung@unisinos.br(eng. Eduardo Kelber-kelber@unisinos.br(Eng. Osório-fosorio@unisinos.br Jeffman, Righes, Rafael Flávio Klaser, Alves, Túlio da Luciane Comput.) Eletr.) GPVA Bender Fortes Robótica Inteligente e Veículos Autônomos: Técnicas e Aplicações UNISINOS Mestrado em Computação Aplicada - PIPCA Web: GIA - Grupo de inteligência Artificial - PIPCA - Unisinos Web: GPVA - Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos Web: GRAPHIT - Grupo de Pesquisa em CG, PI e Visão Computacional Web: GIA / PIPCA GPVA - Unisinos Robótica Inteligente e Veículos Autônomos: Introdução 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) 1

2 O Máquinaprogramávelqueé que aparênciade humano é robô? umacriaturainteligente, capazde imitaras geralmenteum açõesoua ser Robótica: Conceitos e História 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 ou manipulando objetos, por exemplo Robótica: Conceitos e História É necessário: O que é um robô? Atuar no Ambiente Motores Pernas Máquina programável que é capaz de imitar as ações ou a aparência Pistões de uma criatura inteligente, geralmente um ser humano Etc. Perceber o Ambiente Sensores 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 ou manipulando objetos, por exemplo 2

3 A Elafoiusadapelaprimeiravezemumapeçade A quesignificatrabalhoárduooutrabalhoescravo. ficção(rur) palavrarobô, do vemdapalavratcheca"robota", uma Isaac palavra história Asimov, robótica, de em autorkarelcapek, ficção 1942 (Runaround) citada a primeira em1920 do autor em Robótica: Conceitos e História Robótica... PUMA Parceria (1978) Primeiro agora de verdade! manipulador guiado por AGV(AutomaticGuidedVehicles), sensores que foi utilizado na industria. primeiros Universidade Unimation GM entre: robôs móveis. Stanford foram os Robótica: Conceitos e História Criados BarretEletronicsCorporation em

4 Origem Musée des automates de Grenoble 12 rue des Arts Grenoble, France Evolução 4

5 ROBÔS: Robótica Autônoma - Robótica Inteligente: Conceitos básicos Robôs Móveis: Tipos, características e aplicações AGV Autônomo Holonomic Non-Holonomic Artificial Life Khepera/Nomad Like Car/Rover Like Ant Like Walking Machines Indoor / Outdoor ROBÔS: Robótica Autônoma - Robótica Inteligente: Conceitos básicos Robôs Móveis: Tipos, características e aplicações AGV Autônomo Holonomic Non-Holonomic Artificial Life Khepera/Nomad Like Car/Rover Like Ant Like Walking Machines 5

6 ROBÔS: Robótica Autônoma - Robótica Inteligente: Conceitos básicos 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: Robótica Autônoma - Robótica Inteligente: Conceitos básicos Robôs Móveis: Tipos, características e aplicações Aplicações: Robótica exploratória (vulcões) 6

7 ROBÔS: Robótica Autônoma - Robótica Inteligente: Conceitos básicos Robôs Móveis: Tipos, características e aplicações Aplicações: Robótica submarina * Robôs Manipuladores: Braços Robóticos de Base Fixa Manipuladores Industriais Robótica Autônoma 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,... 7

8 * Robôs Manipuladores: Braços Robóticos de Base Fixa Manipuladores Industriais Robótica Autônoma 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,... Robótica Autônoma Do braço robótico aos pés robóticos... Braços Robóticos de Base Fixa Manipuladores Industriais Braços Manipuladores Embarcados Gruas Robotizadas * Robôs Manipuladores: 8

9 * Robôs Manipuladores: Braços Robóticos de Base Fixa Manipuladores Industriais Robótica Autônoma Braços Manipuladores Embarcados Gruas Robotizadas Robótica Autônoma Robix : Comando * Robôs Manipuladores: Linguagem Braços Robóticos Matrizes via de porta Script paralela Posições / porta espaciais serialx,y,z de Base de Fixa Algoritmo Mini-Max Transformação (Jogo da de Velha) Coordenadas XOX 9

10 Robótica Autônoma Robix : Comando * Robôs Manipuladores: Linguagem Braços Robóticos Matrizes via de porta Script paralela Posições / porta espaciais serialx,y,z de Base de Fixa Algoritmo Mini-Max(Jogo Transformação da de Velha) Coordenadas * 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 Helicópteros 2. Humanóides 3. Animats Robótica Autônoma A. Robôs Móveis Tele-Comandados B. Robôs Móveis Semi-Autônomos C. Robôs Móveis Autônomos 10

11 Robótica Autônoma Não-Holonômicos * 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 Helicópteros * Robôs Móveis: Nasa: Sojourner Spirit Opportunity Robótica Autônoma 1. Veículos Móveis - Veículos Terrestres / Indoor - Veículos Terrestres / Outdoor - Veículos de Exploração Espacial - Veículos Aquáticos / Barcos e Submarinos - Veículos Aéreos / Dirigíveis, Aviões e Helicópteros Holonômicos 11

12 Robótica Autônoma * 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 Helicópteros * Robôs Móveis: Robótica Autônoma 1. Veículos Móveis - Veículos Terrestres / Indoor - Veículos Terrestres / Outdoor - Veículos de Exploração Espacial - Veículos Aquáticos / Barcos e Submarinos - Veículos Aéreos / Dirigíveis, Aviões e Helicópteros 12

13 Robótica Autônoma * 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 Helicópteros 2. Humanóides 3. Animats A. Robôs Móveis Tele-Comandados B. Robôs Móveis Semi-Autônomos C. Robôs Móveis Autônomos * 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 Helicópteros 2. Humanóides 3. Animats Robótica Autônoma A. Robôs Móveis Tele-Comandados B. Robôs Móveis Semi-Autônomos C. Robôs Móveis Autônomos 13

14 Robótica Autônoma * 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 Helicópteros 2. Humanóides 3. Animats A. Robôs Móveis Tele-Comandados B. Robôs Móveis Semi-Autônomos C. Robôs Móveis Autônomos * 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 Helicópteros 2. Humanóides 3. Animats Robótica Autônoma A. Robôs Móveis Tele-Comandados B. Robôs Móveis Semi-Autônomos => AGV C. Robôs Móveis Autônomos 14

15 Robótica Autônoma * Robôs Móveis: >> Robôs Móveis Autônomos << * Robôs Móveis: >> Robôs Móveis Autônomos << Robótica Autônoma 15

16 ROBÔS: Robótica Autônoma - Aplicações: - Robótica Submarina: Advocate Esprit Project. Web: - Autonomous Land Vehicle In a Neural Network Project - D. Pormerleau; T. Jochem, CMU. Web: - Chernobyl Robot. Web: - Volcano / Dante II - Nasa Project. Web: - DeTeC - Demining Tech. Center. Web: - Honda Humanoid Robot. Web: - Khepera (Research). Web: - Mars Rover Research - MIT. Web: - Carros autônomos - Praxitele Project. Web: Mars Rover - Sojourner. Web: >> Veja também... Introduction to Mobile Robots - Alonzo Kelly ou /~alonzo/course/course.html ROBÓTICA AUTÔNOMA: SENSORES Tipos de Sensores: Distância: Luz, Som, Força Infra-Vermelho Sonar (ultrasom) e Radar Laser Câmeras de Vídeo - Linear / Matricial, Mono ou Binocular Sensor de contato (bumpers, antenas) Posicionamento e Orientação GPS Bússolas Giroscópio Odômetros Faróis (ex. rádio) ou Câmera de Vídeo Outros Componentes > Medidor de carga da bateria > Temperatura, Pressão > Umidade > Fumaça, Odores, etc. 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 Kelly, Alonzo. Introduction to Mobile Robots (Perception). Robotics Institute - CMU

17 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 (Kinematics). Robotics Institute - CMU Jones, J.; Seiger, B.; Flynn, A. Mobile Robots: Inspiration to Implementation. A. K. Peters, (Biblioteca Unisinos) K-Team. Khepera User Manual. Lausanne, 12/03/99. ROBÓTICA AUTÔNOMA: Controle dos atuadores: - Controle Deliberativo - Controle Reativo - Controle Hierárquico - Controle Híbrido DESAFIOS: Modelagem Simulação Controle do robô Real 17

18 ROBÓTICA AUTÔNOMA na WEB: [em 2000] * FAQ: * Associações: Intelligent Autononous Systems Society. Web: Society for Study of Artificial Intelligence and Simulation of Behaviour. Web: International Conference on Intelligent Robots and Systems. Web: * Universidades e Projetos de Pesquisa: MIT AI (Artificial Intelligence) Lab. Web: Autonoumous System Lab. - LAMI - EPFL. Web: Field and Space Robotics Laboratory - MIT. Web: Lab. for Perceptual Robotics-UMass. Web: The Robotics Institute - Carnegie-Mellon University. Web: Web: Stanford Robotics Lab. Web: Khepera - Robot and Simulator. Web: Laboratoire Leibniz - Equipes Réseaux d'automates e Laplace. IMAG, INPG - Grenoble, France. Web: e Equipe SHARP - INRIA, France. Web: Publications: Robocup Official Site. Web: * Empresas: ( ) Arrick Robotics. Web: AGVs. Cybermotion Cyberguard. Web: IS Robotics. Nomadic Technologies Inc. Web: Lego MindStorm Site. Web: ou Robotics Industries Association - RIA. Web: Robotics OnLine. Web: ROBÓTICA AUTÔNOMA na WEB: DARPA Challenge... Sebastian Thrun Winner 2005: Stanford / Sebastian Thrun Group Stanley Team Vídeos em: (em caso de problema de conexão... ) SWARM... Marco Dorigo Robôs Comerciais... Ver a seguir 18

19 O Presente Aplicações Atuais Aibo Aplicações Atuais 19

20 Aspirador Roomba de Pó - Aplicações Atuais Cortador RoboMower AutoMower Husqvarna Carrega Fio de Grama Navegação automaticamente área padrões, sensores verificar elétrico de atuação as sem baterias obedece define a Aplicações para a grama Atuais foi cortada realmente 20

21 Cortador RoboMower de Grama Aplicações Atuais Humanóides Honda P3, Asimo Vídeo Aplicações Atuais A bateria dura cerca de 25min Toda a força computacional é utilizada somente para caminhar 21

22 Humanóides Honda P3, Asimo Aplicações Atuais Asimo Vídeos Exploração Espacial Aplicações Atuais 22

23 Exploração Mars Espacial MarsRover Aplicações Atuais Robótica Manipuladores Robóticos Industrial Aplicações Atuais Área mais lucrativa da robótica atualmente 23

24 GIA Grupo de Inteligência Artificial GVPA Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos Atividades: Robótica, Visão e Automação Inteligente Robótica: Manipuladores Robótica: Simulação Robótica: Veículos Visão Artificial e Processamento de Imagens Reconhecimento de Voz Técnicas: GIA- Grupo de Inteligência Artificial FarleiHeinen& AdiléaWagner Modelagem e Simulação de Processos Computacionais e de Inteligência Artificial Rede Neurais Lógica Nebulosa Multi-Agentes Machine Learning Processamento Gráfico e de Sinais GIA- Grupo de Inteligência Artificial GVPA Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos 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 FarleiHeinen 24

25 GIA- Grupo de Inteligência Artificial GVPA Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos Atividades: Robótica: Manipuladores GuilhermeBreier& LeonelPoltosi 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,... GIA- Grupo de Inteligência Artificial GVPA Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos Atividades: Robótica, Visão e Automação Inteligente TúlioBender, JoãoBittencout+ Eduardo Robótica: Manipuladores PONFAC Moschetta, S.A. Viviane Todt 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 Original Filtro Convencional Filtro Neural 25

26 TavaresGIA GVPA KátiaHardt, Atividades: Bruno André Roth, Robótica, Visão e Automação Inteligente Robótica: Manipuladores Robótica: Simulação Robótica: Veículos Visão Artificial e Processamento de Imagens Reconhecimento de Voz e de Gestos Técnicas: Modelagem e Simulação de Processos Computacionais e de Inteligência Artificial Rede Neurais Lógica Nebulosa Multi-Agentes Machine Learning Processamento Gráfico e de Sinais GIA- Grupo de Inteligência Artificial Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos GVPA Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos JoãoBittencourt GIA- Grupo de Inteligência Artificial GVPA Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos Atividades: Robótica, Visão e Automação Inteligente Desenvolvimento de Hardware/Softwarepara Sistemas de Controle Robótica: Manipuladores Robótica: Simulação Robótica: Veículos Visão Artificial e Processamento de Imagens Reconhecimento de Voz e de Gestos Técnicas: Modelagem e Simulação de Processos Computacionais e de Inteligência Artificial Rede Neurais Artificiais Lógica Nebulosa Algoritmos Genéticos Multi-Agentes Machine Learning Processamento Gráfico e de Sinais 26

27 GIA- Grupo de Inteligência Artificial GVPA Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos Atividades: Robótica, Visão e Automação Inteligente Desenvolvimento de Hardware/Softwarepara Sistemas de Controle Robótica: Manipuladores Robótica: Simulação Robótica: Veículos Visão Artificial e Processamento de Imagens Reconhecimento de Voz e de Gestos Técnicas: Modelagem e Simulação de Processos Computacionais e de Inteligência Artificial Rede Neurais Artificiais Lógica Nebulosa Algoritmos Genéticos Multi-Agentes Machine Learning Processamento Gráfico e de Sinais Exemplos: Estacionar, Rota Porto ACC Alegre + ChapecóAutônomacomando Follow+ CollisionAvoidance, GIA- Grupo de Inteligência controle condução Artificial GVPA Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos Robótica, Visão e Automação Inteligente Níveis de Controle Comando / Acionamento Drive by Wire Joystick, Celular, Data Glove comandando Controle / Apoio ao Motorista AGV, ACC, Lane Follow, Collision Avoidande Condução / Dirigir Autonomamente 27

28 Desenvolvido pelo Na Vídeo/Demo disponível Unisinos GIA/GPVA Robótica Inteligente e Veículos Autônomos GIA- Grupo Inteligência Artificial GVPA Grupo de Pesquisas em Veículos Autônomos Temas Principais: 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 Projetos: Robótica Inteligente e Veículos Autônomos Unisinos - PIPCA COHBRA - Controle Híbrido Inteligente de Robôs Autônomos [ ] CORNEA - Reconhecimento de Objetos baseado em Atributos [ ] de Cor e no Uso de Redes Neurais "Color based Object Recognition using a NEural Approach" IAVI - Inteligência Artificial aplicada em Veículos e [2006- em andamento] Agentes Móveis Inteligentes Trabalhos de Alunos - Dissertações e TCCs Dissertações: Farlei Heinen, Túlio Bender, Rafael Jeffman, Milton Heinen TCCs: Farlei Heinen, Eduardo Righes, Flávio Alves, Luciane Fortes 28