Sterowanie i symulacja robotów

103000 - Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych

STERO

1

Celem przedmiotu jest wprowadzenie studentów w systemy sterowania robotami oraz metody symulacji robotów wraz z ich środowiskiem. Przedmiot dotyczy zarówno robotów manipulacyjnych jak i mobilnych. Studenci zapoznają się z metodami strukturyzacji systemów sterowania robotami, a także formułowania i implementacji zadań robotów. Istotnym aspektem przedmiotu jest opanowanie metod dokumentacji systemów sterowania robotami. W części poświęconej manipulatorom nacisk położony jest na opanowanie zadawania ruchu w różnych trybach (w przestrzeni konfiguracyjnej, operacyjnej, z wykorzystaniem sprzężenia od dodatkowych czujników). Przewiduje się uruchamianie zadań zarówno w środowisku symulacyjnym jak i opcjonalnie na rzeczywistym sprzęcie. Część poświęcona robotom mobilnym koncentruje się na praktycznych zagadnieniach nawigacji, w szczególności planowaniu ścieżki oraz samolokalizacji z wykorzystaniem odpowiednich czujników.

W ramach przedmiotu organizowanych jest sześć spotkań laboratoryjnych. Każde spotkanie trwa 5 godzin dydaktycznych. W czasie pomiędzy laboratoriami studenci wykonują zadania projektowe oraz uczęszczają na ćwiczenia, uzupełniające aktywność na laboratoriach. Przedmiot podzielony jest na dwa bloki: poświęcony robotom manipulacyjnym oraz traktujący o robotach mobilnych. Pierwszy z bloków obejmuje trzy spotkania laboratoryjne oraz dwa okresy pomiędzy nimi poświęcone na zadania projektowe. Drugi z bloków obejmuje także trzy spotkania laboratoryjne oraz dwa okresy pomiędzy nimi na zadania projektowe. Podczas laboratoriów studenci wprowadzani są w systemy sterowania robotów oraz metody ich symulacji. Definiowane są też zadania projektowe w oparciu o wiedzę i umiejętności zdobyte podczas laboratorium i ćwiczeń. Zadania projektowe obejmują wykonanie oraz dokumentację sterowników robotów, które następnie weryfikowane są w symulatorach lub na rzeczywistym sprzęcie.

Zalecanymi przedmiotami poprzedzającymi są Wstęp do Robotyki i Anatomia Robotów.

Blok manipulacyjny:

1. Zakres ćwiczeń:
   • Omówienie robota usługowego Velma
   • Omówienie zagadnień poruszanych na laboratoriach i istotnych z punktu widzenia realizacji projektów. W szczególności obejmuje to metody syntezy sterowników robotów, bezpieczeństwa badań, metody sterowania robotami manipulacyjnymi, metod i narzędzi niezbędnych w realizacji projektu.
2. Zakres laboratorium:
   • Laboratorium 1: Uruchomienie symulowanego systemu sterowania robota manipulacyjnego, zadanie prostych trajektorii, zapoznanie się z narzędziami do wizualizacji stanu robota oraz jego ograniczeń, zapoznanie się z ograniczeniami robota i możliwym zakresem ruchu.
   • Laboratorium 2: Zademonstrowanie i rozwinięcie rezultatów uzyskanych podczas projektu pierwszego.
   • Laboratorium 3: Zademonstrowanie i rozwinięcie rezultatów uzyskanych podczas projektu drugiego.
3. Zakres projektu:
   • Projekt 1: Program sterujący robotem manipulacyjnym, który spowoduje, że robot chwyci, przeniesie i odłoży obiekt w wybrane miejsce.
   • Projekt 2: Programu sterujący robotem manipulacyjnym, w celu manipulacji obiektami o wewnętrznych stopniach swobody - otwieranie drzwi szafki.

Blok mobilny:

1. Zakres ćwiczeń:
   • Omówienie robota usługowego Rico
   • Omówienie zagadnień poruszanych na laboratoriach i istotnych z punktu widzenia realizacji projektów. W szczególności obejmuje to metody syntezy sterowników robotów, bezpieczeństwa badań, metody sterowania robotami mobilnymi oraz nawigację robotami.
2. Zakres laboratorium:
   • Laboratorium 4:Uruchomienie środowiska symulacji robota mobilnego, podstawy nawigacji.
   • Laboratorium 5: Budowa i wykorzystanie własnych środowisk symulacji robota mobilnego
   • Laboratorium 6: Badanie metod lokalizacji robota.
3. Zakres projektu:
   • Projekt 3:Program sterujący robotem mobilnym, badający jakość odometrii robota mobilnego.
   • Projekt 4: Program integrujący popularne algorytmy wykorzystywane w nawigacji robota mobilnego. Program ten realizuje system nawigacji robota poruszającego się w dynamicznym środowisku.

Książki

1. Craig J.J.: Wprowadzenie do robotyki. Mechanika i sterowanie. WNT, Warszawa 1995.
2. Spong M.W., Vidyasagar M.: Dynamika i sterowanie robotów. WNT, Warszawa, 1997.
3. Kozłowski K., Dutkiewicz P., Wróblewski W.: Modelowanie i sterowanie robotów. PWN, Warszawa 2003.
4. Jezierski E.: Dynamika Robotów. WNT, Warszawa, 2006.
5. Borenstein, J., & Feng, L. (1996). Measurement and correction of systematic odometry errors in mobile robots. IEEE Transactions on robotics and automation, 12(6), 869-880.
6. Wrycza S., Marcinkowski B.: Język inżynierii systemów SysML. Architektura i zastosowania. Profile UML 2.x w praktyce, Helion, 2011.
7. Ambroszkiewicz S., Borkowski A., Cetnarowicz K.: Inteligencja wokół nas. Współdziałanie agentów softwarowych, robotów, inteligentnych urządzeń, EXIT, 2011.
8. Choset et al. „Principles of Robot Motion”.
9. Thrun et al. „Probabilistic Robotics”.
10. Siciliano, Bruno, Oussama Khatib, and Torsten Kröger, eds. Springer handbook of robotics. Vol. 200. Berlin: springer, 2008. Rozdziały “Kinematics” oraz “Motion Planning”
11. http://wiki.ros.org/ROS/Tutorials
12. http://wiki.ros.org/navigation/Tutorials/Navigation%20Tuning%20Guide
13. http://wiki.ros.org/navigation/Tutorials/RobotSetup
14. Foundations of Robotics, A Multidisciplinary Approach with Python and ROS, Springer Open Access,2022, https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-19-1983-1

• ocenę wiedzy i umiejętności związanych z realizacją zadań laboratoryjnych i projektowych - ocenę sprawozdań z realizacji zadań
  
• ocenę wiedzy i umiejętności wykazanych na kolokwiach
  

103100 - Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej

103100 - Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej

103100 - Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej

103100 - Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej

103100 - Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej

103100 - Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej