Robótica 2002/2003 Introdução à Robótica. Estrutura da Apresentação

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1 Robótica 2002/2003 Introdução à Robótica Luís Paulo Reis LIACC Lab.. Inteligência Artificial e Ciência de Computadores FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Estrutura da Apresentação ƒ Robótica e Inteligência Artificial ƒ Ficha da Disciplina ƒ Plataformas e Simuladores Robóticos ƒ Trabalhos Práticos da Disciplina ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 2 1

2 Estrutura da Apresentação ƒ Robótica e Inteligência Artificial Inteligência Artificial Agentes e Sistemas Multi-Agente Robótica Robótica Inteligente ƒ Ficha da Disciplina ƒ Plataformas e Simuladores Robóticos ƒ Trabalhos Práticos da Disciplina ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 3 Inteligência Artificial ƒ Inteligência Capacidade de utilizar o conhecimento para resolver novos problemas e perceber como lidar com novas situações ƒ Inteligência Artificial Ciência para construir máquinas para fazer coisas que requerem inteligência quando feitas pelo homem Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 4 2

3 Agentes e Sistemas Multi-Agente ƒ Agente Sistema computacional, situado num dado ambiente,, que tem a percepção desse ambiente através de sensores e age de forma autónoma nesse ambiente através de actuadores de forma a sensors desempenhar uma dada função ƒ Sistema Multi-Agente environment percepts Sistema em que dois ou mais agentes interagem ou trabalham em conjunto de forma a desempenhar um determinado conjunto de tarefas actions effectors? agent Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 5 Robótica Inteligente ƒ Robótica Estudo de Agentes Robóticos (com corpo) Complexidade Acrescida: ƒ Ambientes: Dinâmicos, Inacessíveis, Contínuos e Não Determinísticos! ƒ Fusão Sensorial: Percepção do Ambiente ƒ Controlo do Robô: Acção ƒ Arquitectura do Robô (Física / Controlo) ƒ Navegação em Ambientes Desconhecido ƒ Interacção com outros Robôs/Humanos Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 6 3

4 Definição de Robô sensores Robô: Um Agente artificial activo que possui um corpo e cujo ambiente é o mundo real (físico). Actuadores Robô Autónomo: Um robô que realiza as suas próprias decisões utilizando o feedback que recebe do seu ambiente. Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 7 Leis da Robótica - Asimov ƒ Leis da Robótica (Isaac (Isaac Asimov,, 1940) Lei 0: Um Robô não pode ferir a humanidade (ou por inacção permitir que tal aconteça) Lei 1: Um Robô não pode ferir um humano (ou por inacção permitir que tal aconteça) Lei 2: Um Robô deve obedecer às ordens dadas por humanos Lei 3: Um Robô deve proteger a sua própria existência Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 8 4

5 Algumas Aplicações de Robôs ƒ Robôs Individuais Manufacturing and materials handling Building construction Sheep-shearing Couriers Handling and cleanup of hazardous materials Mining Robotic surgery ƒ Robôs Distribuídos Security guards Search & rescue Planetary exploration Housekeepers in smart homes Autonomous underwater vehicles for exploration Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 9 Composição de um Robô ƒ Robôs consistem de sensores, actuadores e um cérebro artificial ƒ Por Exemplo: CPU controller, IR sensors, bumper sensors, shaft encoders, locomotion motors with gears, and servo motors Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 10 5

6 Estrutura da Apresentação ƒ Robótica e Inteligência Artificial ƒ Ficha da Disciplina Docentes Conhecimentos Prévios Programa Objectivos Ferramentas Avaliação ƒ Plataformas e Simuladores Robóticos ƒ Trabalhos Práticos da Disciplina ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 11 Docentes ƒ Eugénio Oliveira 1.5h Teóricas ƒ Luís Paulo Reis 1.5h Teóricas 1.0h Práticas ƒ Palestras Convidadas de Especialistas da Área: Docentes/Investigadores da FEUP Outras Universidades Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 12 6

7 Conhecimentos Prévios ƒ Inteligência Artificial ƒ Agentes e Inteligência Artificial Distribuída ƒ Programação (C, C++, Java, Pascal) ƒ Algoritmos e Estruturas de Dados Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 13 Programa ƒ Enquadramento da IA na Robótica ƒ Arquitecturas para Robôs ƒ Manipulação em Robótica ƒ Algoritmos de Navegação em Ambientes Conhecidos/Desconhecidos ƒ Percepção e Interpretação Sensorial ƒ Representação de Estados do Mundo ƒ Controlo de Robôs Móveis ƒ Planeamento em Robótica ƒ Robótica Cooperativa Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 14 7

8 Objectivos ƒ Compreender Fundamentos de: Robótica Navegação Robótica Planeamento Percepção/Acção Robótica Cooperativa ƒ Aplicação Prática de Conhecimentos utilizando: Simuladores Plataformas Robóticas ƒ Participação em Competições Robóticas: Nacionais Internacionais Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 15 Ferramentas ƒ Simulador de Robótica Móvel: Ciber-Rato ƒ Simulador de Futebol Robótico: Soccer Server (RoboCup) ƒ Plataforma Robótica Quadrúpede: AIBO da Sony Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 16 8

9 Avaliação ƒ Nota Final: Trabalho Prático (50%) Exame Final (50%) ƒ Trabalhos Práticos: Navegação (Simulador Ciber-Rato Rato) Liga de Simulação do RoboCup Plataforma Robótica AIBO - Sony Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 17 Estrutura da Apresentação ƒ Robótica e Inteligência Artificial ƒ Ficha da Disciplina ƒ Plataformas e Simuladores Robóticos Simulador Ciber-Rato Simulador Soccer-Server Server - RoboCup Plataforma Robótica AIBO Outras Plataformas Robóticas ƒ Trabalhos Práticos da Disciplina ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 18 9

10 Simulador Ciber-Rato ƒ Robôs virtuais num labirinto! Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 19 Simulador de Robótica Móvel Ciber-Rato Sensor Obstáculos Esquerda 60º 60º Sensor Obstáculos Centro Sensor Obstáculos Direita 60º 60º 60º Motor Esquerdo Sensor de Farol e Bússola 0.5 Motor Direito Sensor Colisões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 20 10

11 O Agente Ciber-FEUP Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 21 Simulador de Robótica Móvel Ciber-Rato ƒ Exemplos de Labirintos Simples Manga 1 Manga 2 Manga 3 Final Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 22 11

12 Futebol Robótico Simulado - RoboCup ƒ Projecto Internacional Robótica Inteligente Inteligência Artificial (Distribuída) ƒ Futebol - tópico central de investigação: Jogo colectivo complexo e atractivo Enorme leque de tecnologias: ƒ Agentes Autónomos, Sistemas Multi-Agente Agente, Cooperação, Robótica,, Comunicação, Fusão Sensorial, Raciocínio em Tempo-Real, Aprendizagem, etc. Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 23 Futebol Robótico Simulado - RoboCup ƒ Objectivo do Projecto: Que em 2050, uma equipa de Robôs consiga vencer a equipa humana campeã do mundo! Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 24 12

13 Ligas do RoboCup ƒ Modalidades do RoboSoccer Simulação - SoccerServer Robôs Pequenos Robôs Médios Robôs com Pernas (Aibo( da Sony) Robôs Humanoides ƒ Desafios Associados Visualizadores 3D Comentador Inteligente Treinador de Futebol Robocup Rescue Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 25 Liga de Simulação ƒ Robôs Virtuais ƒ Campo virtual com 105*68m ƒ Robôs controlados por computadores ou processos distintos ƒ Simulador envia percepções e recebe acções dos agentes ƒ Equipas de 11 jogadores (+ treinador) Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 26 13

14 Plataforma Robótica AIBO Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 27 Plataforma Robótica AIBO ƒ Câmara Vídeo ƒ Microfone Stéreo ƒ Speaker ƒ Luzes (Leds( Leds) ƒ Bateria de Lítio ƒ Comunicação Wireless ƒ Sensores de Aceleração, Toque, Proximidade, Temperatura e Vibração ƒ Actuadores com 20 Graus de Liberdade: 1-1 Boca, 3-Cabeça, 3 2-Cauda, 2 1*2-Orelhas, 3*4- Pernas Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 28 14

15 Plataforma Robótica AIBO OPENOPEN-R: Interface standard para robôs de entretenimento da Sony OPENOPEN-R SDK (OPEN(OPEN-R Software Development Kit) Ambiente de desenvolvimento baseado no gcc (C++) Permite construir programas que correm no ERSERS-210 Ferramentas de acesso livre Arquitectura modular de Hardware e Software Suporte para comunicação Wireless LIACC Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 29 Outras Plataformas Robóticas LIACC Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 30 15

16 Estrutura da Apresentação ƒ Robótica e Inteligência Artificial ƒ Ficha da Disciplina ƒ Plataformas e Simuladores Robóticos ƒ Trabalhos Práticos da Disciplina ƒ Conclusões Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 31 Trabalhos Práticos ƒ Trabalho 1: Implementação de Algoritmos de Navegação em Ambientes Conhecidos/Desconhecidos D* com Grelhas de Evidência ƒ Trabalho 2: Implementação de Algoritmos de Navegação em Ambientes Conhecidos. ƒ Trabalho 3: Construção de uma Equipa para a Liga de Simulação do RoboCup baseada no FC-FEUP FEUP (Decisão com e sem Bola, Posicionamento e Troca de Posições) ƒ Trabalho 4: Construção de uma Equipa para a Liga de Simulação do RoboCup baseada no FC-FEUP FEUP (Decisão com Bola, Comunicação, Visão Estratégica, Drible). ƒ Trabalho 5: Construção de um Guarda-Redes para uma Equipa da Liga de Simulação do RoboCup Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 32 16

17 Trabalhos Práticos ƒ Trabalho 6: Implementação de Algoritmos de Locomoção, Acção e Controlo do AIBO ERS220 (Sony( Dog) ƒ Trabalho 7: Implementação de Algoritmos de Percepção (Visão) no AIBO ERS210A (Sony( Dog) ƒ Trabalho 8: Implementação de Algoritmos de Localização no AIBO ERS210A (Sony( Dog) ƒ Trabalho 9: Implementação de Algoritmos de Comunicação para Robôs AIBO ERS210A (Sony Dog) Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 33 Estrutura da Apresentação ƒ Robótica e Inteligência Artificial ƒ Ficha da Disciplina ƒ Plataformas e Simuladores Robóticos ƒ Trabalhos Práticos da Disciplina ƒ Conclusões Ênfase da Disciplina de Robótica da LEIC Mais Informação sobre a Disciplina Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 34 17

18 Ênfase da Disciplina de Robótica da LEIC ƒ Robótica Inteligente Ênfase na Programação de Máquinas Inteligentes ƒ Utilização de Simulação Senão? ƒ Electrónica + Sistemas Digitais + Electricidade ƒ Competições Robóticas Construir Robôs/Equipas de Robôs Competitivos Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 35 Mais Informação sobre a Disciplina ƒ Páginas Web: /ROBO/ /robotica ƒ Docentes Luís Paulo Reis (I121, lpreis@fe.up.pt) Eugénio Oliveira (I121, eco@fe.up.pt) Luís Paulo Reis / 2003 Slide Nº 36 18