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2004/2005 - 2º semestre

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
Perfil de Controlo e Robótica

Licenciaturas em 
Engenharia Electrotécnica e de Computadores (LEEC) e 
Engenharia Informática e Computadores (LEIC)

  
  
  
  

 

 

Docentes | Objectivos | Programa | Avaliação | Projectos | Séries de Problemas | Calendário | Bibliografia | Web Links | Alunos


Docente

Prof. Pedro Lima

    E-mail: pal@isr.ist.utl.pt

    Contacto telefónico: ext: 2274. Do exterior ligue 218418274

Objectivos

Esta disciplina tem como objectivo apresentar os vários subsistemas funcionais que compõem um robot móvel de uma forma individualizada (Caps.2-5) e integrada (Caps.6-8).

A disciplina é oferecida ao Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (MEEC) e também como disciplina de opção ao Mestrado em Engenharia Informática e Computadores (MEIC) e às Licenciaturas em Engenharia Electrotécnica e de Computadores (LEEC) e Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores (LEIC).

Programa

Capítulo 1 - Introdução

  • Contexto Histórico. Exemplos de robots móveis.
  • Exemplos da investigação e tecnologia actuais em Robótica Móvel.
  • Aplicações Potenciais de Robots Móveis.
  • Componentes de um Robot Móvel.

Capítulo 2 - Sistemas de Actuação e Sensores.

  • Actuação: servomotores, hélices, rodas, superfícies de deflecção.
  • Sensores: posição, velocidade, aceleração, contacto, distância (sonar, laser range finder, visão).
  • Integração sensorial.

Capítulo 3 - Representação do Mapa do Mundo

  • Representação do espaço. Tipos de mapas.
  • Armazenamento do mapa.
  • Método das grelhas de ocupação.

Capítulo 4- Planeamento do Movimento

  • Restrições Holonómicas e Não Holonómicas.
  • Cinemática de Robots Móveis.
  • Planeamento de caminhos (veículos holonómicos).
  • Planeamento de manobras (veículos não holonómicos) .
  • Método dos campos de potencial
  • Geração de trajectórias suaves.

Capítulo 5- Navegação

  • Auto-localização: Odometria. Triangulação: Short baseline e long baseline.
  • Métodos de localização absoluta: histograma de ângulo, metodologias baseadas em EKF, metodologias probabilísticas
  • Método dos campos de potencial.
  • Navegação Topológica.
  • SLAM - localização e mapeamento simultâneos
  • Localização de Markov.
  • Condução baseada em métodos de campos de potencial e seus derivados.
  • Condução baseada em retroacção linear e não linear do estado (postura).

Capítulo 6 - Planeamento de Tarefas

  • Planeamento de tarefas baseado em lógica (STRIPS).
  • Gramáticas geradoras de planos.
  • Aprendizagem por reforço.

Capítulo 7- Coordenação da Execução de Subtarefas

  • Introdução aos Sistemas Dinâmicos de Eventos Discretos. Sistemas Discretos como modelos de tarefas robóticas.
  • Exemplos de representação de planos e coordenação da sua execução baseados em Redes de Petri e Autómatos Finitos.

Capítulo 8- Arquitectura Funcional de um Robot Móvel

  • Hierárquica.
  • Heterárquica ou Baseada em Comportamentos.
  • Híbrida.
  • Integração de subsistemas: arquitecturas de hardware e software vs arquitectura funcional.

Avaliação

A avaliação de conhecimentos consistirá em duas componentes:

i) (65%) projecto individual (alunos de Mestrado) ou a realizar por um grupo de 2 elementos (alunos de Licenciatura), normalmente consistindo no desenvolvimento de uma aplicação de software relacionada com o tema de um dos capítulos do programa, por simulação ou aplicação a robots reais, com uma dimensão que permite que seja terminado dentro do prazo de avaliação previsto (23 de Julho de 2005). Os temas serão propostos no primeiro mês de aulas e os alunos deverão organizar-se em grupos e escolher um projecto no prazo de 1 semana logo a seguir à apresentação dos temas. São aceites propostas de projectos oriundas dos alunos. Os temas dos projectos destinados a alunos do MEEC serão mais avançados do que os destinados a alunos de Licenciatura, mas poderão ser consideradas situações especiais, a discutir com os diversos grupos.

ii) (35%) resolução individual de 3-4 séries de questões. Os alunos de Mestrado resolvem todas as questões, enquanto os de Licenciatura só resolvem aquelas não identificadas com (M).

Projectos

Nesta secção serão divulgados os temas dos projectos propostos e a lista final com a atribuição por grupos. O docente responsável acompanha, ao longo do semestre, a evolução dos trabalhos em horário a definir. O relatório deve ser entregue, no final, na forma de um artigo científico. Artigos que se reconheça que tenham qualidade serão convidados a serem submetidos, para apresentação, em encontros científicos.

Download da lista de projectos e estudantes atribuidos.

Séries de Problemas

Ao longo do semestre serão divulgadas nesta secção os enunciados das séries de problemas, com resolução individual e prazo de entrega definido (tipicamente 2 semanas).

  • 1a Serie (pdf). Distribuida em 1 de Abril de 2005. Resolucao a entregar em 15 de Abril de 2005.
  • 2a Serie (pdf). Distribuida em 18 de Abril de 2005. Resolucao a entregar em 6 de Maio de 2005.
  • 3a Serie (pdf). Distribuida em 3 de Junho de 2005. Resolu\347\343o a entregar em 24 de Junho de 2005.

Calendário

  • Início das aulas: 2 de Março de 2005
  • Horário das aulas teóricas 4ª feira, 11:00-12:30 (Sala 7.21, Torre Norte), 6ª feira, 11:00-12:30 (Sala 7.21, Torre Norte)

·         Horário de discussão do projecto: 2 horas/quinzenais em horário a definir.

·         Propostas de projectos: divulgação durante primeiro mês de aulas.

  • Conclusão de projectos e entrega de relatórios: até 31 de Julho de 2005.

Bibliografia

Cada capítulo será baseado em artigos e/ou capítulos normalmente retirados dos seguintes revistas e livros, existentes no Instituto de Sistemas e Robótica/Laboratório de Robótica Móvel (ISR/LRM) ou de Sistemas Inteligents (ISLab), ou na Biblioteca do Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores Electricidade (BEEC) do I.S.T.:

Livros
  • Roland Siegwart, Illah Nourbakhsh, “Introduction to Autonomous Mobile Robots”, Intelligent Robotics and Autonomous Agents series, The MIT Press
  • Phillip John McKerrow, "Introduction to Robotics", Addison Wesley, 1991. (BEEC)
  • Gregory Dudek, Michael Jenkin, "Computational Principles of Mobile Robotics," Cambridge University Press, 2000. (ISR/LRM)
  • H. R. Everett, "Sensors for Mobile Robots: Theory and Application", A.K. Peters, 1995.(ISR/LRM)
  • J. Borenstein, H. R. Everett, and L. Feng, "Where am I?" -- Systems and Methods for Mobile Robot Positioning", Technical Report, University of Michigan, 1996. Disponível em versão electrónica.
  • Steven Lavalle, "Planning Algorithms" University of Illinois, 1996. Disponível em versão electrónica.
  • Jean-Paul Laumond (book coordination), "La robotique mobile", Hermes Science, 2001. (ISR/LRM)
  • Ronald Arkin, "Behavior-Based Robotics", MIT Press, 1998. (ISR/LRM)
  • Jean-Claude Latombe, "Robot Motion Planning", Kluwer Academic Publishers, 1991(BEEC)
  • "Autonomous Robot Vehicles", editado por I. J. Cox e G. T. Wilfong (BEEC)
  • S. Sitharama Iyengar, Alberto Elfes (editores), "Autonomous Mobile Robots: Perception, Mapping and Navigation", IEEE Computer Society Press, 1991. (ISR/LRM)
  • Joseph Engelberger, "Robotics in Service" , Kogan Page, 1989. (BEEC)
  • Carlos Canudas de Wit, Bruno Siciliano and Georges Bastin (Eds), "Theory of Robot Control", (ISR/LCI)
  • R. Sutton and A. Barto, "Reinforcement Learning: an introduction", MIT Press, 1998(ISR/LCI)
  • Tom Mitchell, "Machine Learning", McGraw-Hill, 1997. (ISR/LCI)
  • Fu, Gonzalez, Lee, "Robotics - Control, Sensing, Vision and Intelligence ", (BEEC)
Revistas/Actas de Conferências
  • IEEE Transactions on Robotics and Automation, (BEEC, ISR/LRM)
  • IEEE Robotics & Automation Magazine (BEEC, ISR/LRM)
  • IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics (BEEC, ISR/LRM)
  • Robotics and Autonomous Systems, Elsevier (BEEC)
  • IEEE Control Systems Magazine (BEEC)
  • Proceedings of IEEE Conferences on Robotics and Automation, (ISR/LRM)
Artigos

Ao longo do semestre, e a propósito dos diversos tópicos serão indicados artigos científicos.

Slides das aulas (co-autoria: M. Isabel Ribeiro e Pedro U. Lima)
  • Capítulo I - Introduction (Part I) (pdf) Part II (pdf)
  • Capítulo II - Sensors (Part I). Proprioceptive Sensors (pdf)
  • Capítulo II - Sensors (Part IIa). Perception: Sonar(pdf)
  • Capítulo II - Sensors (Part IIb). Perception: Laser(pdf)
  • Capítulo II - Sensors (Part III). Multi-sensor integration (pdf)
  • Capítulo III - World Representation-Maps (Part I) (pdf)
  • Capítulo III - World Representation-Grid Maps (Part II) (pdf)
  • Capítulo IV - Kinematics Models (pdf)
  • Capítulo IV - Motion Planning (pdf)
  • Capítulo IV - Smooth Path Planning (pdf)
  • A set of two lectures on Kalman Filtering
  • Capítulo V - Navigation - Part I (Introduction) (pdf)
  • Capítulo V - Navigation - Part II (Odometry) (pdf)
  • Capítulo V - Navigation - Part III (Ciclo Predição-Emparelhamento-Filtragem) (pdf)
  • Capítulo V - Navigation - Part IV (Markov Localization) (pdf)
  • Capítulo V - Navigation - Part V (Guidance) (pdf)
  • Capítulo VI - Task Planning - Part I (Task Planning) (pdf)
  • Capítulo VI - Task Planning - Part II (Reinforcement Learning) (pdf)
  • Capítulo VII - Task Coordination (pdf)
  • Capítulo VIII – Functional Architecture (pdf)

Páginas Web relacionadas

Esta lista irá sendo acrescentada a longo do semestre

Alunos


Página actualizada por Pedro U. Lima. Última actualização em 1.Junho.2005