Politechnika
Warszawska

Katalog
ECTS

Nazwa przedmiotu:

Wstęp do robotyki

Koordynator przedmiotu:

Wojciech Szynkiewicz

Status przedmiotu:

Obowiązkowy

Poziom kształcenia:

Studia I stopnia

Program:

Automatyka i Robotyka

Grupa przedmiotów:

Przedmioty techniczne

Kod przedmiotu:

WR

Semestr nominalny:

3 / rok ak. 2019/2020

Liczba punktów ECTS:

5

Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:

Udział w wykładach: 15 x 2 godz. = 30 godz. Udział w laboratoriach: 15 x 2 godz. = 30 godz. Praca własna: 60 godz. Udział w konsultacjach: 5 godz. Łączny nakład pracy studenta: 125 godz., co odpowiada 5 ECTS

Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:

2

Język prowadzenia zajęć:

polski

Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:

2

Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:

• Wykład30h
• Ćwiczenia0h
• Laboratorium30h
• Projekt0h
• Lekcje komputerowe0h

Wymagania wstępne:

Limit liczby studentów:

60

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:

1. Podstawowe pojęcia z dziedziny robotyki: krótka historia robotyki, działy robotyki, definicje robota i elementy składowe systemu robotycznego: efektory, czujniki, układ lokomocji, układ sterowania komputerowego. 2. Rodzaje robotów i ich charakterystyka oraz zastosowania: roboty mobilne (pojazdy autonomiczne, maszyny kroczące), roboty humanoidalne, roboty manipulacyjne, roboty usługowe, roboty specjalne, itp. 3. 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. 4. Opis położenia i orientacji: podstawowe pojęcia matematyczne, wybrane reprezentacje położenia i orientacji, macierz przekształcenia jednorodnego. 5. Wprowadzenie w podstawowe zagadnienia kinematyki: struktury kinematyczne manipulatorów robotów, kinematyka manipulatorów - proste i odwrotne zadanie kinematyki. 6. Podstawowe rodzaje baz jezdnych (układów lokomocji) robotów mobilnych i ich charakterystyka. Roboty kołowe - rodzaje kół. Napędy kołowe: różnicowy, synchroniczny, wielokierunkowy, Ackermana. 7. Maszyny kroczące. Wprowadzenie, rodzaje maszyn kroczących, wzorce biologiczne. 8. 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. 9. 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. 10. Zagadnienie autonomicznej nawigacji robota mobilnego: samo-lokalizacja, planowanie ścieżki, tworzenie mapy środowiska. Sformułowanie problemu i stosowane rozwiązania. 11. Przegląd i porównanie metod i algorytmów sterowania robotów: sterowanie reaktywne, behawioralne, bazujące na modelu, metody hybrydowe. 12. Uczenie się robotów/agentów: cele i rodzaje (sposoby) uczenia się, metody i algorytmy uczenia się. 13. 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.

Metody oceny:

ocena sprawozdania z laboratorium, egzamin

Egzamin:

tak

Literatura:

Rozszerzony konspekt wykładu. Arkin R.: ,,Behavior-Based Robotics (Intelligent Robotics and Autonomous Agents)'', MIT Press, 1998. LCraig J.: ,,Wprowadzenie do robotyki", WNT, 1995. Dudek G., Jenkin M.: "Computational Principles of Mobile Robotics", Cambridge University Press, 2000. Kozłowski K., Dutkiewicz P., Wróblewski W.: ,,Modelowanie i sterowanie robotów'', PWN, Warszawa 2003. Russell S., Norvig P.: ,,Artificial Intelligence: A Modern Approach'' , Prentice Hall; 2nd edition, 2002. Tchoń K., Mazur A., Dulęba I., Hossa R., Muszyński R.: ,,Manipulatory i roboty mobilne", Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, 2000. Zielińska T.: ,,Maszyny kroczące'' PWN, Warszawa 2003.

Witryna www przedmiotu:

Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka WR_W01

Znajomość podstawowych rodzajów robotów ich charakterystyk oraz zastosowań, w szczególności robotów mobilnych i ich mechanizmów lokomocji.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07, K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Charakterystyka WR_W02

Znajomość podstawowych elementów składowych robota: efektorów, receptorów i układu sterowania.
Weryfikacja: egzamin, ćwiczenie laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07, K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Charakterystyka WR_W03

Znajomość podstawowych baz jezdnych kołowych robotów mobilnych oraz ich własności ruchowych, w tym więzów ruchu.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Charakterystyka WR_W04

Znajomość podstawowych zagadnień sterowania ruchem kołowych robotów mobilnych.
Weryfikacja: egzamin ćwiczenie laboratoryjne
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Charakterystyka WR_W05

Znajomość problematyki autonomicznej nawigacji robota mobilnego: lokalizacji, budowy mapy, planowania ścieżek ruchu, wykrywania i unikania kolizji.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W07, K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Charakterystyka WR_W06

Znajomość systemów wielorobotowych oraz kryteriów ich klasyfikacji i przykładowych zastosowań.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W13, K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka WR_U01

Umiejętność zdefiniowania więzów ruchu oraz rozwiązania prostego i odwrotnego zadania kinematyki dla prostych kołowych robotów mobilnych.
Weryfikacja: egzamin, laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U12, K_U27
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.3.o, III.P6S_UW.4.o

Charakterystyka WR_U02

Umiejętność dobrania właściwej metody rozwiązania zadania, które ma wykonać robot.
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U12, K_U18, K_U01
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.3.o, III.P6S_UW.4.o, I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o

Charakterystyka WR_U03

Umiejętność zaprojektowania i zbudowania z dostępnych elementów (klocków) prostego robota mobilnego.
Weryfikacja: kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U27
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.3.o, III.P6S_UW.4.o

Charakterystyka WR_U04

Umiejętność dobrania właściwych czujników do realizacji zadania starowania robotem.
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U16
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, III.P6S_UW.3.o, III.P6S_UW.4.o

Charakterystyka WR_U05

Umiejętność opracowania algorytmu sterowania oraz napisania oprogramowania dla sterownika pokładowego robota.
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U11, K_U12, K_U19, K_U27, K_U28, K_U10
Powiązane charakterystyki obszarowe: III.P6S_UW.3.o, III.P6S_UW.4.o, I.P6S_UW, III.P6S_UW.1.o, III.P6S_UW.2.o, I.P6S_UK

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka WR_K01

Umiejętność pracy w zespole
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K03
Powiązane charakterystyki obszarowe: