34º JAI - Jornadas de Atualização em Informática Simulação de Robôs Móveis e Articulados: Aplicações e Prática

Transcrição

1 34º JAI - Jornadas de Atualização em Informática Simulação de Robôs Móveis e Articulados: Aplicações e Prática Fernando Santos Osório Rafael Alceste Berri

2 Introdução à Robótica Fernando Santos Osório Rafael Alceste Berri

3 De onde vêm os Robôs Robô vem de robota (Língua tcheca), significando trabalhador humilde ; Karel Čapek (09/01/ /12/1938) Peça teatral de ficção R.U.R. Rossum s Universal Robots (1921); Executar tarefas humanas do cotidiano. 3

4 Para onde vão os Robôs William Henry Gates III (Bill Gates) PCs irão deixar o seu lugar em cima das mesas para passar a ver, ouvir, tocar e manipular objetos [Gates 2007]. 4

5 O que é um robô? Software e hardware para executar tarefas (físicas); Áreas Relacionadas: Engenharia Eletrônica (hardware) Computação (software) Mecânica (estrutura do robô) Outras: P.ex. Física, Matemática 5

6 O que é um robô? 1º Percepção (Sensores): capacidade de perceber o ambiente; 6

7 O que é um robô? 2º Planejamento, decisão e controle: Inteligência - Sistema de processamento de informação; 7

8 O que é um robô? 3º Atuadores: ação. Motores 8

9 Ciclo operacional de um robô Decisão 9

10 Os dois tipos de Bases Base Fixa Base Móvel IRB 140 ABB Pioneer P3dx Fixos em um local; Possuem articulações; Chamados de Robôs Articulados ou Braços Manipuladores; Industriais. Capacidade de locomoção; Mistos: Humanoides. Chamados de Robôs Móveis. 10

11 11 Tipos de Robôs

12 12 Tipos de Robôs: Robótica Móvel

13 Arquiteturas Robóticas Percepção Atuação Planejamento/Decisão Maneira pela qual se constrói um software que controla de maneira inteligente um robô [Grassi Jr. and Okamoto Jr. 2014]. Arquitetura = módulos + interação entre eles. 13

14 Classificação das Arquiteturas Deliberativa, reativa e híbrida (reativa + deliberativa). Hauzen Samsung Roomba - irobot - Fortemente reativo - Heurística de movimentação pelo ambiente - Basicamente reage ao ambiente/obstáculos - Fortemente deliberativo - Cria mapa detalhado do ambiente - Planeja antecipadamente aonde aspirar! 14

15 Classificação das Arquiteturas 15

16 16 Grau de autonomia

17 Comportamentos Robóticos Robô autônomo (reativo) + alguma preparação do ambiente = realização de tarefas importantes. 17

18 Comportamento Seguidor de Linhas Robôs da Kiva System/Amazon, buscando as mercadorias no estoque da Amazon. 18

19 Comportamento de Vaguear (wander behavior) Roomba da irobot, aspira o pó usando rotas quase que aleatórias. Sem conhecer o local! 19

20 Comportamento de Seguir Paredes Percorrer todo um ambiente (geração de mapas). 20

21 Comportamento de Acompanhar (Follow-me) Seguir pessoas, automóveis, outros robôs... [Correa 2013] 21

22 Comportamentos Robóticos O ambiente pode ser aproveitado de diversas formas; Combinar comportamentos reativos; Navegação c/mapas e Plano/Rota (deliberativo) + Desvio de obstáculos (reativo) CaRINA 2 22

23 Projeto LRM USP-Jacto Autonomia Executar tarefas sem a intervenção humana Projeto LRM / CRob USP-Scania Projeto CaRINA 2 - LRM 23

24 Componentes dos Robôs Autônomos Mobilidade e Articulações Motores e Atuadores Percepção Sensores Decisão/Inteligência Computadores Embarcados 24

25 Atuadores Dotam os robôs da capacidade de produzir ações; Deslocar, manipular, etc; Basicamente, motores; Operam em partes móveis (ex: juntas, pistões). Controlam deslocamento (robôs móveis). 25

26 Atuadores Rodas, Patas, Pernas, Esteiras, Propulsores VREP 26

27 Sensores Transformam a energia medida em outro formato de apresentação, mais simples para a utilização [Murphy 2000]; Som, luz, convertido em sinal analógico ou digital e para um formato mais amigável; Tipos: Ativos emitem e mensuram retorno; Passivos captam energia já disponível. 27

28 Velodyne HDL-32E Sensores LadyBug2 PointGrey Stereo Camera PointGrey 28

29 Sonar Detectam distâncias usando um sensor ultrassônico (tempo de retorno); Sensores ativos. HC-SR04 da Cytron 29

30 Laser LIDAR (Light Detection and Ranging); Tempo de retorno da Luz (Laser InfraRed); Sensor ativo. Sick LMS 200 Hokuyo URG-04 30

31 Câmeras de Vídeo Ativas e passivas; Rica quantidade de informações sobre uma área; Aplicações: obter distâncias, presença, postura, gestos, etc. Tipos: Monocular, Near InfraRed (visão noturna), Far InfraRed FIR (Termal), Multi-Espectral, Câmera Estéreo, Trinocular, Esférica, RGB-Depth 31

32 Sensor de posicionamento e orientação Global Positioning System (GPS); Calcula distância que a mensagem percorreu para chegar do satélite; Pelo menos mensagem 2 a 3 satélites; Precisão sistema comercial: Erro de ~5 a 10 metros Sistema de Alta Precisão: DGPS / RTK Erro ~10cm Compass (Bússola) Orientação em relação ao campo magnético 32

33 Sensores Inerciais Giroscópio: dispositivo capaz de informar a direção para onde está se movendo (orientação); Mecânicos ou por luz/laser. Acelerômetro: mede a ação de forças (inclusive a gravidade); Pequena coluna (massa) balançante. IMUs (Inertial Measurement Units): agregam um giroscópio e um acelerômetro, e outros, como um magnetômetro; Problema do erro cumulativo nos sensores inerciais. 33

34 Sensores 3D Medem a profundidade do ambiente; Câmera estéreo, Kinect, Velodyne, etc; Velodyne HDL-32E Câmera Estéreo e Trinocular PointGrey Microsoft Kinect v1 34

35 Fusão de Sensores Redundante ou competitiva: sensores medem o ambiente para posterior confronto (tratamento de imprecisão); Complementar: informações distintas (eliminar falsas detecções); Coordenada: sensores em uma ordem específica. 35

36 Referências [Gates 2007] Gates, B. (2007). A robot in every home. Scientific American, 296(1): [Grassi Jr. and Okamoto Jr. 2014] Grassi Jr., V. and Okamoto Jr., J. (2014). Arquiteturas de controle: tipos e conceitos. In Romero, R. A. F., Prestes, E., Osório, F., and Wolf, D., editors, Robótica Móvel, chapter 4, pages Editora LTC, Rio de Janeiro. [Correa 2013] Correa, D. S. O. (2013). Navegação autônoma de robôs móveis e detecção de intrusos em ambientes internos utilizando sensores 2D e 3D. USP ICMC - Dissertação de Mestrado, Sao Carlos, SP, Brasil. [Murphy 2000] Murphy, R. R. (2000). Introduction to AI Robotics. MIT Press, Cambridge, MA, USA, 1st edition. [Wolf 2009] Wolf, D.; Osório, F.; Simões, E.; Trindade, O. Robótica Móvel Inteligente: Da Simulação às Aplicações no Mundo Real. JAI SBC, 2009 Web: [Romero 2014] Romero, R.; Osório, F.; Prestes, E.; Wolf, D. Robótica Móvel. Editora LTC p. Web: 36

37 A SEGUIR: APLICAÇÕES DA ROBÓTICA MÓVEL 37

38 Site: Vídeos: Contato: Prof. Fernando Osório Prof. Denis Wolf { fosorio, denis Laboratório de Robótica Móvel ICMC/USP 38