Robótica

Código:

EIC0071

Sigla:

ROBO

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Inteligência Artificial

Ocorrência: 2017/2018 - 1S

Ativa?	Sim
Página Web:	https://moodle.up.pt/course/view.php?id=2101
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	22	Plano de estudos a partir de 2009/10	5	-	6	42	162

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
Siciliano, Bruno; Khatib, Oussama (Eds.); Springer Handbook of Robotics, Springer, 2008. ISBN: 978-3-540-38219-5
Jason M. O'Kane; A Gentle Introduction do ROS, Independently published, 2013. ISBN: 978-14-92143-23-9 (Free - https://www.cse.sc.edu/~jokane/agitr/)

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
Simulador RoboCup Rescue
ROS

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 que devem obrigatoriamente ter sido anteriormente apresentados na apresentação final da UC.


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

Observações

Atenção: Os materiais da UC serão fornecidos em Inglês