Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Wstęp do robotyki
Koordynator przedmiotu:
Wojciech SZYNKIEWICZ
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Informatyka
Grupa przedmiotów:
Przedmioty techniczne
Kod przedmiotu:
WR
Semestr nominalny:
6 / rok ak. 2018/2019
Liczba punktów ECTS:
5
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
129 Bilans nakładu pracy przeciętnego studenta wygląda następująco: - udział w wykładach: 15 x 2 godz. = 30 godz., - udział w zajęciach laboratoryjnych: 6 x 5 godz. + 2 godz. = 32 godz., - przygotowanie do kolejnych wykładów i realizacji zadań laboratoryjnych (przejrzenie materiałów z wykładu, instrukcji do laboratorium i dodatkowej literatury): 1 x 15 godz. (przygotowanie do wykładu) + 6 x 5 godz. (przygotowanie do laboratorium) = 45 godz. - udział w konsultacjach: 2 godz. (zakładamy, że student korzysta z 2-godz. konsultacji w semestrze w celu wyjaśnienia swych wątpliwości dotyczących zagadnień omawianych na wykładzie i zadań rozwiązywanych na zajęciach laboratoryjnych), - przygotowanie do egzaminu (rozwiązanie zadań przedegzaminacyjnych) oraz obecność na egzaminie: 20 godz. + 2 godz. = 22 godz. Łączny nakład pracy studenta wynosi zatem: 30 + 32 + 45+ 2 + 22 = 129 godz., co odpowiada ok. 5 punktom ECTS.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
66 Nakład pracy związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich wynosi 30 + 32 + 2 + 2 = 66 godz., co odpowiada ok. 2.5 punktom ECTS.
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
60 Nakład pracy związany z zajęciami o charakterze praktycznym wynosi 32 + 30 = 60 godz., co odpowiada ok. 2 punktom ECTS.
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład30h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium30h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
brak
Limit liczby studentów:
30
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest przegląd podstawowych zagadnień z pogranicza robotyki i sztucznej inteligencji. Omawiane są elementy składowe robotów - efektory, czujniki, układ lokomocji, układ sterowania komputerowego. Przedstawiane są zagadnienia kinematyki robotów mobilnych i manipulatorów. Rozważany jest - kluczowy dla praktycznych zastosowań robotów mobilnych - problem nawigacji, w tym zadania samo-lokalizacji robota, planowania ścieżek ruchu i tworzenia map otoczenia. Omawiane są czujniki wykorzystywane do zbierania informacji o otoczeniu. Prezentowana jest także problematyka uczenia się robotów jako przykład uczenia maszynowego oraz wprowadzenie do systemów wielorobotowych/wieloagentowych. Ćwiczenia laboratoryjne mają na celu zapoznanie z praktycznymi problemami konstruowania, planowania ruchu i sterowania robotów. Są one także przykładem tworzenia oprogramowania dla układów wbudowanych. Wykonywane ćwiczenia polegają na zaprojektowaniu i zbudowaniu z klocków robota, opracowaniu algorytmu sterowania oraz jego implementacji programowej w środowisku BrickOS będącym systemem operacyjnym dla mikrosterownika RCX.
Treści kształcenia:
Treść wykładu Podstawowe pojęcia z dziedziny robotyki: krótka historia robotyki, działy robotyki, definicje robota i elementy składowe systemu robotycznego: efektory, czujniki, układ lokomocji, układ sterowania komputerowego. Rodzaje robotów i ich charakterystyka oraz zastosowania: roboty mobilne (pojazdy autonomiczne, maszyny kroczące), roboty humanoidalne, roboty manipulacyjne, roboty usługowe, roboty specjalne, itp. Budowa i programowanie robotów modułowych - zestawy Lego Mindstorms: budowa i funkcje mikrosterownika RCX, architektura i cechy systemu operacyjnego BrickOS. Specyfika tworzenia oprogramowania dla układów wbudowanych na przykładzie mikrosterownika RCX: programowanie robotów w środowisku BrickOS, kompilator skrośny język C - kod RCX, komunikacja sieciowa przez łącze podczerwone. Opis położenia i orientacji: podstawowe pojęcia matematyczne, wybrane reprezentacje położenia i orientacji, macierz przekształcenia jednorodnego. Wprowadzenie w podstawowe zagadnienia kinematyki: struktury kinematyczne manipulatorów robotów, kinematyka manipulatorów - proste i odwrotne zadanie kinematyki. Podstawowe rodzaje baz jezdnych (układów lokomocji) robotów mobilnych i ich charakterystyka. Roboty kołowe - rodzaje kół. Napędy kołowe: różnicowy, synchroniczny, wielokierunkowy, Ackermana. Maszyny kroczące. Wprowadzenie, rodzaje maszyn kroczących, wzorce biologiczne. Kinematyka robotów mobilnych: równania ruchu prostych robotów kołowych, pojęcia mobilności, sterowności i manewrowalności robotów kołowych, ograniczenia ruchu - więzy holonomiczne i nieholonomiczne, opis i klasyfikacja prostych robotów trójkołowych. Czujniki stosowane w robotach i przetwarzanie informacji z czujników: klasyfikacja czujników, typy czujników: odometryczne (enkodery optyczne, rezolwery), dotykowe, zbliżeniowe, odległości, kierunku, kamery wizyjne. Interpretacja i wykorzystanie danych z czujników pomiarowych. Zagadnienie autonomicznej nawigacji robota mobilnego: samo-lokalizacja, planowanie ścieżki, tworzenie mapy środowiska. Sformułowanie problemu i stosowane rozwiązania. Przegląd i porównanie metod i algorytmów sterowania robotów: sterowanie reaktywne, behawioralne, bazujące na modelu, metody hybrydowe. Uczenie się robotów/agentów: cele i rodzaje (sposoby) uczenia się, metody i algorytmy uczenia się. Systemy wielorobotowe/wieloagentowe: cele tworzenia, problemy i typowe zadania. Systemy wielorobotowe jako przykład systemu wieloagentowego. Podział systemów wielorobotowych ze względu na: strukturę organizacji, sposoby komunikacji oraz stopień współpracy. Zakres laboratorium Ćwiczenia laboratoryjne mają na celu zapoznanie z praktycznymi problemami konstruowania, planowania ruchu i sterowania robotów. Są one także przykładem tworzenia oprogramowania dla układów wbudowanych. Wykonywane ćwiczenia polegają na zaprojektowaniu i zbudowaniu z klocków robota, opracowaniu algorytmu sterowania oraz jego implementacji programowej w środowisku BrickOS będącym systemem operacyjnym dla mikrosterownika RCX.
Metody oceny:
Egzamin, ocena prowadzącego laboratorium, udział w zawodach robotów, sprawozdanie z laboratorium.
Egzamin:
tak
Literatura:
1. Szynkiewicz W.: Rozszerzony konspekt wykładu: Wstęp do Robotyki. 2. Arkin R.: Behavior-Based Robotics (Intelligent Robotics and Autonomous Agents), MIT Press, 1998. 3. J. Borenstein, H. R. Everett, and L. Feng: Navigating Mobile Robots: Sensors and Techniques A. K. Peters, Ltd., Wellesley, MA (1996). "Where am I? Sensors and Methods for Robot Positioning" - raport z materiałem zbliżonym do książki. 4. Craig J.: Wprowadzenie do robotyki, WNT, Warszawa 1995. 5. Dudek G., Jenkin M.: Computational Principles of Mobile Robotics , Cambridge University Press, 2000. 6. Kozłowski K., Dutkiewicz P., Wróblewski W.: Modelowanie i sterowanie robotów , PWN, Warszawa 2003. 7. Russell S., Norvig P.: Artificial Intelligence: A Modern Approach , Prentice Hall, 2nd edition, 2002. 8. Siegwart R., Nourbakhsh I. R. Introduction to Autonomous Mobile Robots, The MIT Press, 2004. 10. Spong M.W., Vidyasagar M., Dynamika i sterowanie robotów, WNT, Warszawa 1997. 11. Tchoń K., Mazur A., Dulęba I., Hossa R., Muszyński R.: Manipulatory i roboty mobilne, Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, Warszawa 2000. 12. Zielińska T.: Maszyny kroczące, PWN, Warszawa 2003.
Witryna www przedmiotu:
https://usosweb.usos.pw.edu.pl/kontroler.php?_action=katalog2/przedmioty/pokazPrzedmiot&prz_kod=103A-ARxxx-ISP-WR
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka WR_W01
Student, który zaliczył przedmiot, ma wiedzę na temat praktycznych problemów i podstawowych metod konstruowania, planowania ruchu i sterowania robotów. Zna podstawowe elementy składowe robota: efektory, receptory i układ sterowania. Wie jakie są podstawowe struktury manipulatorów i baz jezdnych kołowych robotów mobilnych oraz ich własności.
Weryfikacja: egzamin, sprawozdanie z laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W19, K_W21
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka WR_U01
Student, który zaliczył przedmiot, potrafi: zdefiniować więzy ruchu oraz rozwiązać proste i odwrotne zadania kinematyki dla prostych manipulatorów z otwartym łańcuchem kinematycznym oraz kołowych robotów mobilnych; dobrać właściwą metodę rozwiązania zadania, które ma wykonać robot; zaprojektować i zbudować z dostępnych elementów (klocków) robota; dobrać właściwe czujniki do realizacji postawionego zadania; opracować algorytm sterowania oraz napisać oprogramowanie dla sterownika pokładowego robot
Weryfikacja: egzamin, zademonstrowanie poprawnego działania robota i wykonanie przez niego postawionych zadań; udział w zawodach robotów, sprawozdanie z laboratorium.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U05, K_U09, K_U13, K_U20
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, I.P6S_UU, III.P6S_UW.4.o, III.P6S_UW.3.o
Charakterystyka WR_U02
Pracuje indywidualnie i w zespole.
Weryfikacja: egzamin, zadania przedegzaminacyjne i ćwiczenia laboratoryjne (realizowane w zespołach 2-osobpwych).
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_UK03, K_UK04
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UO