aula 1 aula 1 – introdução à robótica móvel introdução à ... · aula 1 aula 1 –...
TRANSCRIPT
Aula 1 Aula 1 –– Introdução à Robótica MóvelIntrodução à Robótica Móvel
Introdução Introdução Introdução Introdução
Prof. Dr.Prof. Dr. Marcelo BeckerMarcelo Becker
EESC - USP
•• Histórico Histórico
• Aplicações
• Problemas Básicos
Sumário da AulaSumário da Aula
EESC-USP © M. Becker 2008 2/78
• Problemas Básicos
• Desafios e Tendências
• Exemplos - Vídeos
• Bibliografia Recomendada
Dos manipuladores industriais...
HistóricoHistórico
EESC-USP © M. Becker 2008 3/78
... aos robôs móveis.
HistóricoHistórico
EESC-USP © M. Becker 2008 4/78
Amanhã?
HistóricoHistórico
EESC-USP © M. Becker 2008 5/78
HistóricoHistórico
EESC-USP © M. Becker 2008 6/78
Isaac Asimov Isaac Asimov (1920(1920--1992)1992)
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Grey Walter’s Tortoise Elsie (1948-49, Bristol)
• Construído todo em hardware
• Possuía as seguintes características:
EESC-USP © M. Becker 2008 7/78
• Possuía as seguintes características:
� Seguia luzes
� Procurava luzes fracas
� Afastava-se de luzes brilhantes
� Realizava curvas (esterçamento)
� Baterias Recarregáveis
• Os comportamentos eram priorizados: o robô sempre agia baseado em prioridades...
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Grey Walter’s Tortoise Elsie (1948-49, Bristol)
EESC-USP © M. Becker 2008 8/78
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Hopkins Beast (1960, Johns Hopkins University,
USA)
• Mais complexo que o “Elsie”.
EESC-USP © M. Becker 2008 9/78
• Mais complexo que o “Elsie”.
• Controlado por dúzias de transistores.
• Margeava paredes brancas, “patrulhando” o ambiente.
• Empregava sonares e células fotoelétricas para monitorar o ambiente
• 1º robô móvel com habilidade de fazer inferências sobre o
• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)
HistóricoHistórico
EESC-USP © M. Becker 2008 10/78
inferências sobre o ambiente que o cerca.
• Sensores:
� Câmera de TV
� Sensor de Distância por triangulação
� Sensores de Fim-de-Curso
• Computadores:
� DEC PDP-10
• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)
HistóricoHistórico
EESC-USP © M. Becker 2008 11/78
� DEC PDP-10
� DEC PDP-15
• Conexão via radio e cabos de vídeo.
• Programas:
� Percepção
� Modelagem do Ambiente
� Tomada de Decisão
• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)
HistóricoHistórico
• O Robô SHAKEY construiu um modelo interno do ambiente usando lógica
EESC-USP © M. Becker 2008 12/78
ambiente usando lógica baseada em um formalismo representacional.
• O “Planejador” (STRIPS) deveria encontrar a seqüência de ações necessárias para realizar a tarefa.
• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)
HistóricoHistórico
• O Robô SHAKEY movimentava-se em
EESC-USP © M. Becker 2008 13/78
movimentava-se em ambientes estáticos.
• Levava mais de 1 h para atravessar uma sala...
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Shakey (1970, Stanford, USA)
EESC-USP © M. Becker 2008 14/78
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Stanford Cart (1979, Stanford, USA)
• Primeiros experimentos com mapeamento 3D de ambientes
EESC-USP © M. Becker 2008 15/78
mapeamento 3D de ambientes
• A câmera de TV montada sobre uma guia tira fotos do ambiente de múltiplas posições e ângulos.
• O computador analisa a distância entre o robô e os obstáculos e gera a trajetória.
• Computador: 0,5MHz e 1MB memória
• Velocidade: 1 m / 15 min.
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Stanford Cart (1979, Stanford, USA)
• 1971-9: movia-se remotamente controlado por pessoas ou
EESC-USP © M. Becker 2008 16/78
por pessoas ou computadores.
• 1971: seguia uma linha branca no chão.
• 1975: movia-se em linha reta baseado em imagem.
• 1979: desviou de obstáculos através de mapas 3D.
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Stanford Cart (1979, Stanford, USA)
EESC-USP © M. Becker 2008 17/78
Mapeamento 3D de Obstáculos
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Ghenghis (1988, MIT, USA)
• Robô andador de 6 patas que aprendeu a sobrepujar
EESC-USP © M. Becker 2008 18/78
aprendeu a sobrepujar obstáculos sozinho.
• Cada pata reage de modo independente ao ambiente
� Simplifica a programação!
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Ghenghis (1988, MIT, USA)
EESC-USP © M. Becker 2008 19/78
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Khepera (1994, EPFL, Suíça)
• Mini-robô para pesquisa e ensino.
EESC-USP © M. Becker 2008 20/78
ensino.
• Aproximadamente Ø55mm
• Utilizado por mais de 500 universidades no mundo...
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Helicópteros Autônomos (a partir de 1991)
EESC-USP © M. Becker 2008 21/78
AVATAR Project @ USC, USA OS4 Project @ EPFL, Suíça
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Helicópteros Autônomos (a partir de 1991)
EESC-USP © M. Becker 2008 22/78
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Stanley (2005, Stanford, USA)
• Ganhador do Desafio DARPA 2005 no deserto de Mojave
EESC-USP © M. Becker 2008 23/78
2005 no deserto de Mojave (~200km em ~7h)
• 6 computadores Pentium M
• Sensores:
� GPS
� 6DoF IMU
� Câmera Mono-ocular
� 4 SICK LMS 210
� 4 Encoders
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– SmartTer (2006, EPFL, Suíça)
• Participou do ELROB-2006
• 3 computadores Pentium M
HistóricoHistórico
• Robótica Móvel– Tartan (2007, CMU, USA)
• Ganhador do Desafio DARPA 2007 em ambiente urbano
•• Histórico Histórico
•• AplicaçõesAplicações
• Problemas Básicos
Sumário da AulaSumário da Aula
EESC-USP © M. Becker 2008 26/78
• Problemas Básicos
• Desafios e Tendências
• Exemplos - Vídeos
• Bibliografia Recomendada
AplicaçõesAplicações
• Robótica Móvel Indoor e Outdoor
Outdoor
Ambientes não EstruturadosAmbientes Estruturados
Espaço
Indoor
EESC-USP © M. Becker 2008 27/78
PesquisaEntretenimento
Segurança
Transporte
Limpeza
Tarefas Perigosas
Oceano
Segurança
Aplicações Militares
Combate a Incêndios
Agricultura
Florestas
Espaço
Construções
Mineração Ar
AplicaçõesAplicações
• Exploração Espacial – Do início da década de 1980 a 2004
AplicaçõesAplicações
• Exploração Espacial
EESC-USP © M. Becker 2008 29/78
Exploração de Marte (NASA – Evolução dos Rovers)
AplicaçõesAplicações
• Exploração Espacial
• Dois Braços, cada um com 4 GDL’s:
• Um Braço tem 1,5 m de comprimento e
EESC-USP © M. Becker 2008 30/78
comprimento e capacidade de carga de 1 kg.
• O outro, 0,5 m de comprimento e 2 kg de capacidade de carga.
AplicaçõesAplicações
• Exploração Espacial
EESC-USP © M. Becker 2008 31/78
Exploração de Marte (NASA – Evolução dos Rovers)
AplicaçõesAplicações
• Exploração Espacial
Shrim
p
EESC-USP © M. Becker 2008 32/78
20052004Crab
Solero
2003
Octopus
1997 1999
SpaceCat
Shrim
p
AplicaçõesAplicações
• Exploração Espacial
EESC-USP © M. Becker 2008 33/78
Exploração de Marte (ESA – ExoMars rover - 2015)
AplicaçõesAplicações
• Robôs para Pesquisa e Ensino
EESC-USP © M. Becker 2008 34/78
HemissonMB835
SmartEase Khepera II
Koala II
e-Puck
AplicaçõesAplicações
• Robôs para Defesa e Resgate
EESC-USP © M. Becker 2008 35/78
RQ-9 PredatorPionner em Chernobyl
Foster-Miller Talon
Envergadura: 20mVelocidade: ~400km/hComprimento: 11mAutonomia: 15h / 3200 milhas náuticas
AplicaçõesAplicações
• Robôs para Defesa e Resgate
EESC-USP © M. Becker 2008 36/78
BEAR
Foster-Miller Talon
PackBot Scout
AplicaçõesAplicações
• Robôs para Patrulha
EESC-USP © M. Becker 2008 37/78
PatrolBotCyberGuard SR3/ESP
Mapeia ambientes e controla o movimento de pessoas.
AplicaçõesAplicações
• Robôs para Patrulha
EESC-USP © M. Becker 2008 38/78
PatrolBot
AplicaçõesAplicações
• Robôs para Inspeção– Tubulações com Ø acima de 300mm
EESC-USP © M. Becker 2008 39/78
Versatrax 150TM
AplicaçõesAplicações
• Robôs para Inspeção– Soldas em Tubulações
EESC-USP © M. Becker 2008 40/78
Orbital Inspection RobotCedido por Frederico A. Ramalho Fº