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Semana de InformáticaFUNDAÇÃO ESCOLA
PROFISSIONAL DE SETÚBAL
Robôs com comportamentos:A engenharia está a ficar biológica
António Abreu
aabreu@est.ips.pt
http://ltodi.est.ips.pt/aabreu
Setúbal, 5 de Junho de 2002
Agenda:
• Visão genérica sobre a Robótica Móvel• Modelo central versus comportamentos• Robô Khepera• Módulo de comportamento• Exemplos de comportamentos• Conclusões
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Introdução
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Tipos de robótica móvel:
• Controlada remotamente por um operador (desminagem)
• Veículos auto-guiados (seguem fios ou linhas colocadas no chão)
• Veículos que recebem directivas de um operador e
autonomamente desempenham as tarefas (Mars sojourney)
• Veículos autónomos com uma dada especialização (limpeza)
• Veículos totalmente autónomos (robôs domésticos)
Ambientes de operação de robôs móveis
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Terra (entre portas e fora de portas)
Ambientes de operação de robôs móveis
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Ar
Ambientes de operação de robôs móveis
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Água
Tipos de robôs móveis terrestres
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Com uma perna
Tipos de robôs móveis terrestres
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Com duas pernas
Tipos de robôs móveis terrestres
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Com três pernas
Tipos de robôs móveis terrestres
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Com quatro pernas
Tipos de robôs móveis terrestres
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Com seis pernas
Tipos de robôs móveis terrestres
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Disposição das rodas em função dos motores: Diferencial
Tipos de robôs móveis terrestres
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Disposição das rodas em função dos motores: syncro-drive
Tipos de robôs móveis terrestres
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Rodas omnidireccionais
Tipos de robôs móveis terrestres
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Modulares
Para começar...
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Lego Mindstorms (<250€)
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Robótica móvel agrega estudos de:
• Engenharia
• Mecânica (configuração física, materiais)
• Electrónica (energia, comunicações)
• Controlo (estabilidade)
• Informática (programação, algoritmos)
• Ciências da vida (Etologia, Sociologia, Neuro-ciências, etc.)
• Matemática
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Sensores:
• Distância (ultrasons, infravermelhos, imagens, LASER)
• Variados (luz, som, pressão, temperatura, orientação)
• Câmaras de imagem (reconhecimento de formas)
• Pele artificial
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Actuadores/efectores:
• Motores Eléctricos (corrente contínua, passo-a-passo) que
permitem mover:
• garras
• rodas
• juntas (joelhos, dedos, olhos, cabeças, torsos)
• actuadores pneumáticos e hidráulicos.
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O que é a robótica móvel?
Conjunto de algoritmos que transformam os valores dos sensores e
estado interno do robô, em valores a aplicar aos actuadores, de
modo a atribuir um elevado grau de autonomia e robustez no
cumprimento dos objectivos do veículo.
Arquitectura baseada em modelo central ou sentir-modelar-actuar
percepção modelação planeamento execução controlosensores actuadores
• carácter sequencial• falha um, falham todos• fraca reactividade• requer grandes computadores
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mover
desviar de obstáculos
ir para a luz
apanhar objectos
sensores actuadores
Arquitectura baseada em comportamentos
• carácter paralelo• a falha de um não implica o colapso• boa reactividade• implementações em HW distribuído
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Robô Khepera
5.5 cmH=3.5 cm
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Robô Khepera
5.5 cmH=3.5 cm
8 sensores de distância/luminosidade2 motores cc
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Robô Khepera
5.5 cmH=3.5 cm
8 sensores de distância/luminosidade2 motores cc
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Módulo de comportamento
capacidade
estado interno
estado externo
actividade
acção
A capacidade e o estado são avaliados com base em lógica difusa
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Composição de módulos
capacidade
estado interno
estado externo
actividade
acção
capacidade
estado interno
estado externo
actividade
acção
actividade
acção
A fusão de módulos de comportamento é feita com
base em lógica difusa
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Exemplo: mover e desviar-de-obstáculos
mover R,V
desviar-de-obstáculos
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Comportamento: seguir-paredes
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Missão: robô recolector
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Conclusões
• a robótica móvel reúne estudos de muitas áreas;
• área de estudo difícil devido a modelar-se comportamento animal, não sendo este generalizável ou universal;
• apesar das dificuldades, a robótica móvel não é ficção;
• são necessários poucos conhecimentos para colocar um robô em funcionamento com capacidades semelhantes a uma bactéria;
• um dos problemas mais difíceis é a percepção, provavelmente mais difícil que a inteligência;
• Melhor que ser inteligente é saber sobreviver;
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Conclusões (cont.)
• modelos racionais complexos levam a grandes robôs;
• modelos racionais simples (distribuídos) levam a pequenos robôs;
• arquitecturas baseadas em comportamentos têm produzido pequenos robôs robustos e autónomos;
• inspiração na Biologia porque esta fornece inúmeros exemplos de soluções simples e mais que testadas:
• o cérebro apresenta uma organização distribuída ;• o comportamento animal é mais reactivo do que racional;• compreender o comportamento/fisiologia animal é uma base sustentável para a construção de modelos de comportamento autónomo.
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