19/08/2016 PROJETO LIEU-FEI. Robótica. Prof. Flavio Tonidandel Robótica. O que é Robótica? Robótica

Transcrição

1 Prof. Flavio Tonidandel O que é? 1

2 Robô (1921) O termo Robô surge na peça "R.U.R., do escritor checo Karel Capek. Robô vem do termo checo robota, que significa trabalho forçado. Os Robôs eram escravos, criados para satisfazer a vontade dos homens. Não eram mecânicos, mas criados por engenharia genética (na peça RUR) The Tech Museum of Innovation Metrópolis (1926) O filme mudo de Fritz Lang tem como personagem principal a robô fêmea Robotrix, a cópia de uma líder trabalhista. Criada para oprimir os trabalhadores 2

3 Complexo de Frankenstein Até esta época autores tinham complexo de Frankenstein. Asimov mudou isso: Robbie (1940): A primeira história com um personagem robô, uma babá que salva uma criança. Liar (1941): Esta história introduz a primeira psicóloga de robôs, a Dra. Susan Calvin. Picture from AuthenticSociety.com (1942) O termo surge na história Rundaround, também de Asimov (1942). Tem o sentido da ciência que estuda a construção de robôs. As histórias de Asimov foram coletadas no livro Eu, Robô. Elas também introduziram: O cérebro positrônico: o precursor do microprocessador. As três leis da. 3

4 As três leis da (1942) 1ª lei: um robô não pode fazer mal a um ser humano e nem permitir que algum mal lhe aconteça. 2ª lei: um robô deve obedecer às ordens dos seres humanos, exceto quando estas contrariarem a primeira lei. 3ª lei: um robô deve proteger a sua integridade física, desde que com isto não contrarie as duas primeiras leis. A implementação destas leis ainda estão além da nossa capacidade tecnológica. (parênteses na História) Mais tarde foi introduzida uma "lei zero": um robô não pode fazer mal à humanidade e nem permitir que ela sofra algum mal. A Lei zero não é consenso, até porque ela causa discrepâncias como: A Lei zero transmite ao robô a possibilidade de avaliar quando o interesse da humanidade se sobrepõe aos interesses individuais Com a Lei zero poderia existir a ditadura das máquinas que poderiam decidir, por si só, fazer mal a alguns seres humanos caso entendam que isso é melhor para a humanidade A Lei zero inspirou o filme I, robot 4

5 Da ficção à realidade: Anos 40 No final da década de 40 e início da de 50 são iniciadas as primeiras pesquisas com robôs reais. 1947: Impulsionados pelo programa da bomba atômica, o Laboratório Nacional em Argonne desenvolve o primeiro manipulador robótico tele-operado. 1948: É adicionado um sensor de força ao robô. 1951: É desenvolvido o primeiro manipulador articulado teleoperado, pela Comissão de Energia Atômica Francesa. Mecânica Elétrica : Nobert Wiener publica o livro Cybernetics, que definem as principais idéias sobre controle e comunicação em sistema mecânicos e animais. 1954: George Devol cria o termo Universal Automation e inicia o desenvolvimento de robôs programáveis. 1956: John McCarthy cria o termo Artificial Intelligence. Que mais tarde iria dar vida os robôs. Mecânica Elétrica Computação 5

6 Elsie the Tortoise ( ) Grey Walter cria oito tartarugas robóticas. Possuindo uma fotocélula, dois motores e controladas por válvulas, estes robôs exibiam um comportamento semelhante ao de seres vivos. Procuravam fontes de luz e dançavam em volta delas até que suas baterias se acabassem. Inteligência bacterial From The Robot Book, Richard Pawson, Windward, 1985, p.14. Elétrica Mecânica Computação Década de : É instalado o primeiro robô industrial do mundo em uma linha de produção da General Eletric, um UNIMATE. Mecânica Elétrica Computação 6

7 1968 Mecânica Elétrica Computação 1968: O Stanford Research Institute demonstra o que é reconhecido como o primeiro robô inteligente, o Shakey. Inicia de vez o uso de Inteligência Artificial em 1968: A General Electric constrói o Four Legged Walking Truck para o exército americano: Os movimentos são comandados por um operador dentro do robô. Picture from Rosheim M.E. (1994) Robot Evolution: The Development of Anthrobotics. New York: John Wiley & Sons. Década de 80 Mecânica Elétrica Nos anos 80 acontece o maior crescimento de manipuladores industriais, alimentado principalmente pelo aumento da qualidade e a diminuição do ciclo de vida da indústria automobilística. 1982: é reconhecida como tecnologia estratégica pela Organisation for Economic Cooperation and Development. 1988: Inglaterra, França e outros países fundam seus centros de pesquisa em robótica. Computação 7

8 1986: Arquitetura de Brooks Em 1986, Rodney Brooks, do MIT, propõe a Subsumption Architecture. Defendia uma nova abordagem para a e a Inteligência Artificial Behavior Based Robotics Robô reativo Baseado apenas no comportamento Não usa deduções lógicas nem representações Brooks cria a irobot 1988: Brooks cria uma empresa para fabricação de robôs. Eu acredito que no ano 2020 todo lar americano vai ter um robô inteligente. E eu quero fornecer estes robôs (IJCAI, 2001) Hoje: Fabrica aspiradores, limpadores, avatares, etc. 8

9 Década de Os anos 90 vêm as aplicações de robôs se expandindo para a industria de serviços.. Início do uso doméstico. 1994: DANTE - Robô de 6 pernas usado para explorar vulcões autonomamente (CMU). PathFinder Nasa 1997: Missão PathFinder da Nasa. O mundo pára para assistir imagens transmitidas de marte pelo robô. 1997: Honda Asimo, protótipo humanóide. Honda Asimo Século XXI Neste inicio de século Diversas novas aplicações para robôs surgem todos os dias. Novas empresas são criadas e se fundem. Pesquisa com ênfase em humanóides. 2001: Sony Lança o AIBO, o primeiro cachorro doméstico robótico. 2003: Sony lança Qrio. 9

10 PLEO FESTO Robotino NAO GENIBO Robonova Evolution of Dance com o NAO 10

11 Aplicações de Robôs Pode-se dividir as aplicações em 3 grandes categorias: Bem estabelecidas, baseadas em manipuladores. As aplicações de ponta, baseadas em robôs móveis. As possíveis aplicações futuras, baseadas em robôs móveis e humanóides. Classificação dos Robôs Móveis Diversas taxonomias podem ser utilizadas para classificar robôs móveis: Quanto à anatomia, à aplicação, ao tipo de controle, à capacidade de manobra... Anatomia: Aéreos. Aquáticos. Terrestres (rodas, esteiras, pernas). 11

12 Classificação dos Robôs Móveis Tipo de Controle Teleoperados: um operador define todos os movimentos que o robô deve executar. Semi-autônomos: um operador indica o macro comando a ser executado e o robô o executa sozinho (pode ou não ter I.A.) Autônomos: o robô realiza suas tarefa sozinho, tomando suas próprias decisões (tem I.A.) Classificação dos Robôs Móveis -por Aplicação De serviço: são utilizados para serviços em geral nas indústrias e comércio: Trabalham em ambientes estruturados e conhecidos. De campo: trabalham em ambientes não estruturados, pouco conhecidos e em geral perigosos. Pessoais: são os robôs vendidos em prateleiras, que não desenvolvem tarefas específicas, mas interagem com os seres humanos. 12

13 Classificação dos Robôs Móveis - Capacidade de manobra Holonômico: não apresenta restrições em relação ao movimento do robô. Não-holonômico: robôs deste tipo estão sujeitos a restrições de movimento. Exemplo: estacionar um carro. Robôs avançados ACTROID Spirit by NASA 13

14 Robôs avançados FESTO ANIMAL-based Robots Robôs avançados HUMANÓIDES Qrio - SONY Asimo Honda NAO Aldebaran Atlas - Google DarWin OP 14

15 Robôs avançados Qadrupedes Big Dog - Google Little Dog - Google AIBO - Sony Robôs avançados Industriais PR2 BAXTER Think Robotics 15

16 BB-8 StarWars Robot Project from Xrobot.co.uk O robô autonomo de maior sucesso Opportunity (MER-B) Chegou em Marte em 2004 Esperava-se 3 meses de vida Opportunity has continued to move, gather scientific observations, and report back to Earth for over 45 times its designed lifespan Wikipedia 2015 Ele continua ativo! Ele se recusa a parar! 16

17 Como um robô autonomo pode ter sucesso? Ele precisa: Interagir com o ambiente. Com máquinas / dispositivos.. Com objetos. Com humanos Decisões inteligentes em momentos extremos Robôs de resgate precisam ser precisos em suas decisões Rápido saiam da sala 17

18 Coisas x Humanos Coisas Comportamento estático ou previsível Estável (um estimulo hoje produz o mesmo estímulo amanhã) Fácil ou simples acesso Humanos Comportamento imprevisível Surpreendentemente instável Sentidos complexos (5 modos de interagir) Social Robots NEXI icub Actroid 18

19 Tecnologia Assistiva ajudar idosos Georgia Tech Center Interação com seres Humanos Frutas Frescas! Quanto é meia-dúzia? Senso Comum Sem isso bem apurado, o robô terá dificuldade em interagir com os seres humanos. É a metade de 12, ou seja, é 6! 19

20 Nossos Robôs - FEI Judite Nossos Robôs - FEI Futebol de Robôs 20

21 Intervalo de 30 minutos Robô São compostos de: Atuadores Sensores Que permitem: Navegar Interagir Realizar uma determinada tarefa 21

22 Ev3 Mindstorms é um kit robótico da LEGO EDUCATION Atuadores Os atuadores permitem que os robôs tenham movimentação Existem diversos tipos de atuadores: Motores Atuadores pneumáticos Atuadores hidráulicos Fibras Musculares Sintéticas Entre outras 22

23 Motores A maioria dos motores elétricos aplicados a robótica são motores DC (Corrente contínua) MOTOR 23

24 Entendo um motor DC padrão (motor com escova) Motor DC simples: As bobinas são eletrificadas com Positivo (+) e Negativo (-), isso gera um campo magnético Alinhado aos magnetos do motor, faz com que a armadura se mova Quando a armadura está alinhada na horizontal, as bobinas recebem cargas invertidas, o que mantém a rotação. Image: Exemplo: motor de 2 pólos Ponte H

25 Controle de Velocidade dos motores Motor DC: A variação da tensão permite variar a velocidade, porém faz com que o motor perca potência e, por vezes, não tenha força para rodar Controla-se a velocidade, portanto por PWM (Pulse Width Modulation) PWM: Varia-se a frequência de pulsos de tensão máxima ao motor. Quanto maior a frequencia, maior é a velocidade. Aplicação dos atuadores Manipulador Motores (atuadores) Conferem graus de liberdade ao robô Image: 25

26 Graus de Liberdade 20 graus de Liberdade DOF (Degree of Freedom) SONY AIBO Sensores Para um robô ser autônomo, por mais simples que ele seja, deve possuir sensores Sensores permitem obter informações do ambiente e do resultado dos atuadores. Eles podem ser ativos ou passivos. Exemplos: Encoder Câmeras CCD Laser Ultra-Som Contato (bumpers) GPS Global Positioning System Acelerômetro Entre outros (temperatura, bússola, proximidade, giroscópio etc) 26

27 Sensor Encoder Incremental Mede velocidade angular e pode estimar posição relativa Imagem: Humberto Secchi Sensor de Contato (Bumpers) Os Bumbers são sensores que enviam sinal toda vez que são tocados. Permite ao robô segurar objetos, saber que bateu em alguma coisa, etc. Sensor LEGO MindStorms 27

28 Sensor Infra-Vermelho (IR) Luz (invisível ao olho nu) Sensor LEGO MindStorms Sensores - CCD Cameras CCD (Charged Coupled Device) Sensor de cameras de video muito popular Usa o chip CCD. Cada pixel é associado a um capacitor que é sensível à luz Este sensor necessita de processamento do sinal (imagem) recebido: Visão Computacional 28

29 Sensores - GPS Conjunto de Satélites (+ de 24) Cada satélite envia: Sua localização Tempo (relógio atômico de altíssima precisão) Imagem: TecMundo GPS lê a transmissão de alguns satélites e, dada a diferença no tempo de chegada da informação (em nanosegundos), informa a distância relativa de cada satélite. Com uma triangulação de posicionamento dos satélites e tempo, estima-se a localização Sensores Laser e Ultrassom São sensores ativos Escaneam o ambiente e permitem: Criar mapas do ambiente Determinar distâncias e profundidade Detectar objetos 29

30 Sensor Ultrassom Sensor Ultrassom HC-SR04 Imagem adaptada de: Adaptado de: Sensor LEGO MindStorms Sensores - Acelerômetro Dispositivo mede aceleração decorrente da gravidade e outras forças: aceleração, inclinação, vibração, choque... Podem medir de 1 a 3 eixos Medidas usualmente em m/s 2 Aplicações Típicas: iphone, Wii, airbags, etc 30

31 Movimentação dos robôs Adaptado de: Competições de O objetivo dessas competições é motivar o aluno a estudar mais e desenvolver mais suas capacidades e aptidões. 31

32 Olimpíada Brasileira de Desde 2007 Atualmente: 2500 equipes em todo país Olimpíada Brasileira de Como é? 32

33 Olimpíada Brasileira de Quando? Geralmente inscrições e regionais no 1º. Semestre Estadual no inicio do 2º. Semestre Nacional em outubro / Novembro Torneio de - FLL FLL é operado no Brasil pelo SESI-DN 33

34 Torneio de - FLL Como é? Cada ano é definido um tema 2016 Core Values Desafio Robô Pesquisa Torneio de - FLL Como é? 34

35 Torneio de - FLL Quando? Inscrições final de agosto Regionais no final do ano ou inicio do 1º. Semestre Nacional em Março OBR FLL Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar Quero saber mais? Teremos mais 3 semanas de aula Aula teórica de LEGO Mindstorms Aula teórica de Arduíno Aula prática de programação No site da OBR possui, desde 2014: REVISTA MUNDO ROBÓTICA!!!!! Para aprofundamento da Aula de : Acesse o site da OBR: e vá em modalidade teórica > Manual de Estudo (MT) > Material de (MT) 35

36 Lançamento do DESAFIO DE PESQUISA TECNOLÓGICA Desenvolva uma solução para nossa cidade! Modelo de um projeto de Pesquisa da FLL Uso de Tecnologia Apresentação dos melhores no INOVAFEI 36

37 Desafio de Pesquisa Tecnológica Informações e inscrições pelo site: fei.edu.br/lieu Até Semana que vem! 37