Robótica Inteligente
L. Enrique Sucar
y
Alberto Reyes
ITESM Cuernavaca
Robótica Inteligente
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Intenciones educativas
Objetivos
Metodología
Temario
Políticas
• Concurso: Robótica IEEE
¿Qué es un robot?
Un robot es ...
• “manipulador programable y multifuncional
diseñado para mover materiales, partes,
herramientas o dispositivos específicos
mediante movimientos programados para
realizar diferentes tareas” [Instituto de
Robótica de América]
Un robot es ...
• “agente activo artificial cuyo ambiente es el
mundo físico” [Russell y Norvig]
• “conexión inteligente de percepción a
acción” [Jones y Flynn]
• “una máquina programable capaz de
percibir y actuar en el mundo con cierta
autonomía” [Sucar]
Tipos de Robots
• Robots manipuladores (brazos)
• Robots móviles
• Robots “híbridos” (móviles con
manipulación)
• Vehículos autónomos
• Robots caminantes
– 2 patas (humanoides)
– 4/6 patas (insectos)
Un poco de historia ...
• La palabra robot proviene del checo “robota”
(labor,trabajo) y “robotnik” (trabajador). Fue
introducida por el escritor Karel Kapek en la
obra “R.U.R.”
• Los primeros robots aparecen en la mitología
griega y en obras de ficción:
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Talos, gigante de bronze que vigilaba Creta
Golem, protector de los judíos en Praga
Frankestein
“I Robot”, Asimov (leyes de la robótica)
Películas: Robbie, Gort, Rosie, Robot, R2D2, ...
Un poco de historia ...
• Primeros robots:
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1890, Tesla: vehículos radio controlados
1940s, Wiener: dispositivo antiaéreo
1950: tortuga electrónica
1966, S.R.I: Shakey (primer robot móvil con IA)
1960s, G.E., Quadruped (primeros robots de patas)
1973, Stanford: Cart
1975, Francia: Hilare I
1980, C.M.U.: Rover
1985  explosión de robots en universidades y
compañías
Aplicaciones
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Manufactura y manejo de materiales
Ambientes hostiles
Exploración espacial e interplanetaria
Robots de servicio
Telepresencia y realidad virtual
Mililtares y operaciones de rescate
Ambientes submarinos
Estudios fisiológicos y cognitivos
Entretenimiento y juegos
Partes de un Robot
Comunicación
Sensores
Actuadores
“Inteligencia”
Control
Potencia
Actuadores
• Dispositivos que permiten al robot
modificar el medio ambiente
• Dos tipos principales:
– Locomoción: cambiar la posición del robot
respecto al medio ambiente
– Manipulación: mover otros objetos en el medio
ambiente
Locomoción
• Existen dos formas básicas de locomoción:
– Robots con ruedas
– Robots con patas
• Ruedas:
– más simples y eficientes, fáciles de controlar
– limitadas a terrenos planos
• Patas:
– complejas, inestables, difíciles de controlar
– mayor flexibilidad para todo tipo de terreno
Manipulación
• Normalmente construidos en base a una serie de
segmentos con articulaciones entre ellos (como un
brazo)
• Tres tipos básicos de articulaciones:
– Rotacionales
– Cilíndricas
– Prismáticas
• Mayor número de articulaciones dan mayor
flexibilidad (grados de libertad), pero hacen más
complejo el control
Manipulación
• Los manipuladores tienen en el extremo un
efector final que interactúa directamente
con los objetos
• Existen diferentes tipos de efectores
dependiendo de la tarea:
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–
pinzas
herramientas (desarmador. ...)
pistola de pintura, soldadora
“manos”
• Dispositivos que permiten al
robot percibir el medio
ambiente y su estado interno
• Principales tipos:
– “propriception” – posición
y movimiento:
• Codificadores en
uniones de
manipuladores
• Odometría en robots
móviles
– fuerza (bumpers)
– Táctiles
– Ultrasonido (sonares)
Sensores
Sensores
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–
–
Cámaras
Foto-receptores
Apuntadores láser
Telémetros láser
Sensores de energía
Brújulas
Potencia
• Sistema de potencia que proporcionan la
energía eléctrica para la operación de las
diferentes partes: electrónica, motores,
sensores, etc.
• Los robots manipuladores se pueden
alimentar de las líneas eléctricas (fijos),
mientras que los robots móviles
normalmente se alimentan de baterías
Control
• Provee la interfaz entre el sistema de
procesamiento del robot y sus sensores y
actuadores
• Normalmente se realiza mediante una
combinación de hardware y software
• Provee una serie de comandos (subrutinas)
para los programas de alto nivel del robot
(“inteligencia”)
“Inteligencia”
• Programas que permiten que el robot realice
sus tareas
• Dependiendo del tipo de robot y de la
complejidad y variedad de las tareas a
realizar, se tienen diferentes tipos de
programas
“Inteligencia”
• Algunas tareas de un robot móvil:
– Integrar/interpretar la información de sus sensores
– Navegación (evitar obstáculos, ir a cierto lugar meta)
– Planeación (decidir la serie de pasos para cumplir
una o más metas)
– Construir modelos del ambiente (mapas)
– Localizarse en el mundo (en el mapa)
– Reconocer lugares y/o objetos
– Manipular objetos
– Comunicarse con otros agentes: computadoras, otros
robots, personas
“Inteligencia”
• Modelos del ambiente: mapa
• Un mapa es una representación del espacio que indica
los lugares libres y ocupados que ayudan a navegar al
robot, y posiblemente objetos y lugares específicos
(marcas)
• Tipos de mapas:
– Decomposición espacial
– Representaciones geométricas
– Representaciones topológicas
“Inteligencia”
• Ejemplos de integración sensorial, construcción
de mapas y navegación
Mapas de celdas probabilísticos
“Inteligencia”
• Ejemplo de robot construyendo un mapa
Comunicación
• En diversas aplicaciones es necesario que el
robot se comunique con otros agentes
• Tipos de comunicación:
– Telecontrol: programación y control a distancia
– Coordinación: comunicación con robots u otras
máquinas para realizar tareas conjuntas
– Interacción humano-robot: comunicación con
personas para recibir comandos o dar
información
Comunicación
• Ejemplo de telecontrol via Internet
Robot móvil
Observador
Internet
Servidor
Comunicación
• Ejemplo de comandos gestuales
Comunicación
• Reconocimiento y Telecontrol mediante ademanes
Comunicación
• Ejemplo de interacción humano-robot
Tipos de Robots
• Desde el punto de vista de la tarea, podemos
clasificar a los robots en 2 tipos principales:
– robots industriales
– robots de servicio
Robots industriales
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Tarea repetitiva
Ambiente conocido y controlado
No hay interacción con personas
Poca flexibilidad
Poca movilidad
Robots de servicio
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Ambientes desconocidos
Ambientes dinámicos
Necesidad de movilidad
Interacción con personas
Ambientes exteriores
Necesidad de flexibilidad
Robots de servicio
• Guías – guiar en un
museo, explicar
exhibiciones, ...
• Ayudantes – cortar
pasto, aspirar la casa,
vigilar cuando no
estoy, ayudar a
personas
discapacitadas, ...
Robots de servicio
• Rescate – localizar
sobrevivientes en un desastre
natural, ...
• Exploración – explorar un
volcán, un arrecife, Marte, ...
• ...
Áreas del conocimiento
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Ingeniería mecánica
Ingeniería eléctrica / electrónica
Control
Computación
Inteligencia artificial
Matemáticas
Psicología, zoología, neurociencias
Temas Principales
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Mecánica básica
Sensores y Actuadores, Visión
Introducción a Control
Arquitecturas y Programación
Modelados del Espacio
Planeación de trayectorias
Aprendizaje
Construcción de mapas, localización
Referencias
• [Jones, Flynn] Cap. 1
• [Russell, Norvig] Cap. 25
• [Dudek, Jenkin] Cap. 1
Actividades
• Integrar grupos de trabajo
• Consultar páginas de concursos anteriores
de MiniRobótica (LA, Universitario, IEEE)
• Revisar y estudiar plataformas robóticas en
el laboratorio
• Entregar:
– equipos de trabajo
– análisis de las diferentes plataformas robóticas
y selección inicial
Imágenes – Qro. 2002
Imágenes – Qro. 2002
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