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Robótica

Código: EIC0071     Sigla: ROBO

Áreas Científicas
Classificação Área Científica
OFICIAL Inteligência Artificial

Ocorrência: 2013/2014 - 1S (de 09-09-2013 a 20-12-2013) Ícone do Moodle

Ativa? Sim
Unidade Responsável: Departamento de Engenharia Eletrotécnica e de Computadores
Curso/CE Responsável: Mestrado Integrado em Engenharia Informática e Computação

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla Nº de Estudantes Plano de Estudos Anos Curriculares Créditos UCN Créditos ECTS Horas de Contacto Horas Totais
MIEIC 21 Plano de estudos a partir de 2009/10 5 - 6 56 162

Docência - Responsabilidades

Docente Responsabilidade
Armando Jorge Miranda de Sousa Regente

Docência - Horas

Teórico-Práticas: 3,00
Tipo Docente Turmas Horas
Teórico-Práticas Totais 1 3,00
Armando Jorge Miranda de Sousa 3,00

Língua de trabalho

Inglês

Objetivos


  • Compreender os conceitos básicos de Robótica e o enquadramento da Inteligência Artificial na Robótica.

  • Estudar métodos de perceção e interpretação sensorial (com ênfase na visão por computador) que permitam criar estados do mundo precisos e métodos de controlo de robôs móveis.

  • Estudar os métodos que permitam a robôs móveis navegarem em ambientes conhecidos ou desconhecidos usando algoritmos de Planeamento e Navegação.

  • Estudar os fundamentos da robótica cooperativa e da construção de equipas de robôs.

  • Analisar as principais competições robóticas nacionais e internacionais, os simuladores robóticos mais realistas e as plataformas robóticas mais avançadas disponíveis no mercado.

  • Incentivar capacidade de comunicação em tópicos técnicos.

  • Incentivar abordagens científicas saudáveis.

Resultados de aprendizagem e competências

Espera-se que, no final da UC, os estudantes sejam capazes de:

  • Definir Autonomia em Sistemas Robóticos
  • Definir Sistemas Robóticos Inteligentes
  • Explicar o enquadramento da Inteligência Artificial em Sistemas Robóticos Inteligentes
  • Identificar e utilizar as Arquiteturas clássicas para controlo em Robótica
  • Identificar as aplicações de clássicas em Robótica
  • Conhecer o Estado da Arte em Sistemas Robóticos Inteligentes
  • Conhecer os mais comuns sensores e atuadores utilizados em robótica
  • Avaliar a utilização de sistemas de visão comparativamente a outros métodos
  • Aplicar métodos de fusão sensorial, métodos do âmbito da Inteligência Artificial e métodos de processamento de sinal e de visão para construir perceções do Mundo
  • Aplicar métodos de localização, planeamento e navegação em robótica
  • Conhecer e utilizar uma ou mais plataformas robóticas e/ou de simulação robótica

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Experience in computer language programming is needed - any language, frequentely used languages include Java, C++ or Object Pascal, ...

Programa


  1. Introdução à Robótica Inteligente


    1. Inteligência Artificial

    2. Conceitos Básicos de Robótica

    3. Enquadramento da Inteligência Artificial na Robótica

    4. História, evolução e direções atuais da Robótica Inteligente


  2. Arquiteturas baseadas em Agentes para Robôs


    1. Reativas, Deliberativas e Híbridas

    2. Arquiteturas Belief, Desire and Intentions (BDI)

    3. Arquiteturas Cooperativas


  3. Perceção Robótica


    1. Hodometria, Rotação e Bússolas

    2. Sensores comuns em robótica incluindo visão artificial e profundidade

    3. Técnicas de Fusão Sensorial


  4. Localização e Mapeamento


    1. Criação, representação a atualização de Estados do Mundo

    2. Localização de Markov e Gaussiana

    3. Localização Grid e Monte-Carlo

    4. Mapeamento: Occupancy Grids e SLAM

    5. Exploração do Mundo


  5. Atuação e Controlo em Robótica


    1. Locomoção, questões cinemáticas e dinâmicas

    2. Atuadores e grandezas físicas associadas

    3. Simulação de locomoção


  6. Navegação


    1. Algoritmos de navegação em ambientes conhecidos/Desconhecidos

    2. Diagramas de Voronoi

    3. Algoritmos A* e D*

    4. Decomposição celular.


  7.  Robótica Cooperativa


    1. Introdução à cooperação entre robôs para a realização de tarefas em equipa

    2. Joint Intentions, TAEMS, Role-Based, Social Rules

    3. Comunicação e Modelação Mútua

    4. Locker-Room, Coordenação Estratégica, Parcialmente Hierárquica


  8. Aplicações


    1. Competições Robóticas Nacionais e Internacionais: RoboCup, RoboOlympics, Fira Cup, DARPA Grand-Challenge, Festival Nacional de Robótica, Micro-Rato, Robô Bombeiro.

    2. Simuladores robóticos: Soccerserver 2D e 3D, RoboCup Rescue, Virtual Rescue, Ciber-Rato.

    3. Plataformas Robóticas: Lego MindStorms NXT, ERS210A e ERS-7 (AIBOS da Sony), EcoBees, Humanóides RoboNova: Arquitecturas de Hardware e Software. Programação Prática de robôs e equipas de robôs

Bibliografia Obrigatória

Howie Choset, Kevin M. Lynch, Seth Hutchinson, George Kantor, Wolfram Burgard, Lydia E. Kavraki, Sebastian Thrun ; Principles of Robot Motion : Theory, Algorithms, and Implementations , Bradford Book, MIT Press, Cambridge, Massachussets, London England, 2005. ISBN: 0-262-03327-5
Robin R. Murphy; An Introduction to AI Robotics , Bradford Book, MIT Press, Cambridge, Massachussets, London England, 2000. ISBN: 0-262-13383-0
Russell, Stuart; Artificial intelligence. ISBN: 0-13-360124-2

Bibliografia Complementar

Sebastian Thrun, Wolfram Burgard, Dieter Fox ; Probabilistic Robotics, MIT Press, Cambridge, Massachussets, London England, 2005. ISBN: 0-262-20162-3
Manuais dos Simuladores: Soccerserver, RoboCupRescue e Ciber-Rato
Manuais de OPEN-R e Documentação das Plataformas ERS210A e ERS7, 2005
Siciliano, Bruno; Khatib, Oussama (Eds.); Springer Handbook of Robotics, Springer, 2008. ISBN: 978-3-540-38219-5

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem


  • Exposição com interação nas aulas

  • Possível uso de simuladores para navegação de robôs móveis (concurso "ciber-rato")

  • Possível uso de simuladores de robôs Humanoides

  • Trabalhos sobre robótica cooperativa ("robosoccer" e “Robocup rescue”)

  • Exploração de diversas plataformas robóticas móveis

  • A avaliação inclui capacidade de pesquisa, trabalho científico e técnico e ainda capacidade de comunicação relativo ao trabalho apresentado. É incentivado pensamento de ordem elevada

  • Será dado feedback dos trabalhos intermédios durante a UC para que o melhoramentos possa ser incorporado na apresentação final

Software

Linguagem de Programação: C++
Simuladores Soccer-Server (2D e 3D)
Simulador Ciber-Rato
R-CODE SDK (ERS7)
Simulador RoboCup Rescue
OPEN-R SDK (ERS210A e ERS7)

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia do conhecimento
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de controlo > Robótica
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de simulação
Ciências Tecnológicas > Engenharia > Engenharia de computadores
Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Tecnologia do conhecimento > Tecnologia de agentes

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação Peso (%)
Trabalho escrito 30,00
Trabalho laboratorial 70,00
Total: 100,00

Componentes de Ocupação

Designação Tempo (Horas)
Elaboração de projeto 40,00
Estudo autónomo 30,00
Frequência das aulas 42,00
Trabalho de investigação 20,00
Trabalho laboratorial 30,00
Total: 162,00

Obtenção de frequência


  • Não exceder faltas

  • Entregar no mínimo os Assignments 1 e 2 com avaliação superior a 6 valores (em 20) em cada um deles

Fórmula de cálculo da classificação final


  • 10% HomeWorks

  • 20% Assignment 1 (inclui apresentação oral)

  • 20% Assignment 2 (inclui mini-artigo para uma possível conferência científica)

  • 10% Assignment 3 (avaliação intermédia do estado do trabalho)

  • 40% Assignment 3 (projeto final da UC), desdobrado em:


    • 10% Código & Funcionalidades & Demonstração de funcionamento

    • 10% Artigo para uma possível conferência científica

    • 05% Referências

    • 10% Apresentação Oral e Defesa

    • 05% Vídeo


Provas e trabalhos especiais


  • HomeWorks - Trabalhos de casa


    • Pequenos trabalhos semanais


  • Assignment 1 - Trabalho 1


    • Pesquisa ou survey no auge do estado da arte em robótica
      OU     Pequeno projeto inicial em robótica inteligente


  • Assignment 2 - Trabalho 2


    • Robo reativo simples

    • Frequentemente em equipas de 2 estudantes; são permitidos trabalhos individuais ; tamanho máximo da equipa 4 estudantes; antes do início do trabalho os objetivos concretos são ajustados caso a caso dependendo do tamanho da equipa, etc


  • Course Project - Projeto Final da UC


    • Os Assignments 3 e 4 - Trabalhos 3 e 4 - fazem parte do Projeto Final da UC

    • Assignment 3 - Trabalho 3 - Avaliação da maturidade do planeamento e desenvolvimento, feito a meio do tempo de projeto

    • Assignment 4 - Trabalho 4 - Demonstração, apresentação e defesa oral, artigo científico publicável em conferência e vídeo


Trabalho de estágio/projeto

Course project - Projeto Final da UC - Agente para a competição de Ciber Rato ou variantes tal como ações colaborativas, mapeamento, etc; outras aplicações frequentes incluem condução autónoma simulada ou projeto de investigação acordado entre estudantes e professor

Avaliação especial (TE, DA, ...)


  • Dispensa de presenças

  • 20% Assignment 1 - Trabalho 1

  • 20% Assignment 2 - Trabalho 2

  • 60% Assignment 4 - Projecto + Apresentação + Artigo + Vídeo

Melhoria de classificação


  • Melhoria (individual) dos trabalhos anteriormente apresentados.

  • Se pretender melhorar os HomeWorks, será necessário apresentar todos eles.

  • A data para apresentação dos trabalhos melhorados é até ao início da época de recurso.

Observações

Atenção: Os materiais da UC serão fornecidos em Inglês

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