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Introduccin a la RobticaL. Enrique Sucar INAOE

Sesin 1: IntroduccinIntroduccin a la Robtica L. Enrique Sucar

Contendio Qu es un robot? Tipos de Robots Desarrollo histrico Partes de un robot Aplicaciones Problemas fundamentales Enfoque del cursoIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 3

Qu es un robot?

Intro. a la Robtica - L. E. Sucar

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Un robot es ... manipulador programable y multifuncional diseado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos especficos mediante movimientos programados para realizar diferentes tareas [Instituto de Robtica de Amrica]Intro. a la Robtica - L. E. Sucar 5

Un robot es ... agente activo artificial cuyo ambiente es el mundo fsico [Russell y Norvig] conexin inteligente de percepcin a accin [Jones y Flynn] una mquina programable capaz de percibir y actuar en el mundo con cierta autonoma [Sucar]Intro. a la Robtica - L. E. Sucar 6

Tipos de Robots Robots manipuladores (brazos) Robots mviles Robots hbridos (mviles con manipulacin) Vehculos autnomos Robots caminantes 2 patas (humanoides) 4/6 patas (insectos)

Robots podos (gusanos) Robots submarinos Robots areos y espacialesIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 7

Un poco de historia ... La palabra robot proviene del checo robota (labor,trabajo) y robotnik (trabajador). Fue introducida por el escritor Karel Kapek en la obra R.U.R. Los primeros robots aparecen en la mitologa griega y en obras de ficcin: Talos, gigante de bronze que vigilaba Creta Golem, protector de los judos en Praga Frankestein I Robot, Asimov (leyes de la robtica) Pelculas: Robbie, Gort, Rosie, Robot, R2D2, Intro. a la Robtica - L. E. Sucar ...

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Un poco de historia ... Primeros robots: 1890, Tesla: vehculos radio controlados 1940s, Wiener: dispositivo antiareo 1950, Walter: tortuga electrnica 1966, S.R.I: Shakey (primer robot mvil con IA) 1960s, G.E., Quadruped (primeros robots de patas) 1973, Stanford: Cart 1975, Francia: Hilare I 1980, C.M.U.: Rover 1985 explosin de robots en universidades y compaas


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Shakey


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Partes de un RobotComunicacin Sensores

Inteligencia

Actuadores

Control

Potencia


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Actuadores Dispositivos que permiten al robot modificar el medio ambiente Dos tipos principales: Locomocin: cambiar la posicin del robot respecto al medio ambiente Manipulacin: mover otros objetos en el medio ambiente


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Dispositivos que permiten al robot percibir el medio ambiente y su estado interno Principales tipos: Propriception

Sensores

posicin y

movimiento: Codificadores en uniones de manipuladores Odometra en robots mviles Fuerza (bumpers) Tctiles Ultrasonido (sonares)Intro. a la Robtica - L. E. Sucar 13

Sensores Cmaras Fotorreceptores Apuntadores lser Telmetros lser Sensores de energa BrjulasIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 14

Potencia Sistema de potencia que proporcionan la energa elctrica para la operacin de las diferentes partes: electrnica, motores, sensores, etc. Los robots manipuladores se pueden alimentar de las lneas elctricas (fijos), mientras que los robots mviles normalmente se alimentan de baterasIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 15

Control Provee la interfaz entre el sistema de procesamiento del robot y sus sensores y actuadores Normalmente se realiza mediante una combinacin de hardware y software Provee una serie de comandos (subrutinas) para los programas de alto nivel del robot (inteligencia)Intro. a la Robtica - L. E. Sucar 16

Inteligencia Programas que permiten que el robot realice sus tareas Dependiendo del tipo de robot y de la complejidad y variedad de las tareas a realizar, se tienen diferentes tipos de programas


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Inteligencia Algunas tareas de un robot mvil: Integrar/interprertar la informacin de sus sensores Navegacin (evitar obstculos, ir a cierto lugar - meta) Planeacin (decidir la serie de pasos para cumplir una o ms metas) Construir modelos del ambiente (mapas) Localizarse en el mundo (en el mapa) Reconocer lugares y/o objetos Manipular objetos Comunicarse con otros agentes: computadoras, otros robots, personasIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 18

Inteligencia Ejemplos de integracin sensorial, construccin de mapas y navegacin

Mapas de celdas probabilsticosIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 19

Inteligencia Ejemplo de robot construyendo un mapa


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Ejemplo de localizacin de Markov (Fox 98) Filtro de partculas:P(ST | A1:T, O0:T)

S

S


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Comunicacin En diversas aplicaciones es necesario que el robot se comunique con otros agentes Tipos de comunicacin: Telecontrol: programacin y control a distancia Cooperacin: comunicacin con robots u otras mquinas para realizar tareas conjuntas Interaccin humano-robot: comunicacin con personas para recibir comandos o dar informacin


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Comunicacin Ejemplo de telecontrol via InternetRobot mvil

Observador

InternetIntro. a la Robtica - L. E. Sucar

Servidor23

Interaccin por voz y PDA


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Interaccin mediante ademanes Comandos gestuales


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Interaccin mediante ademanes Demo


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Aplicaciones Manufactura y manejo de materiales Ambientes hostiles Exploracin espacial e interplanetaria Robots de servicio Telepresencia y realidad virtual Mililtares y operaciones de rescate Ambientes submarinos Estudios fisiolgicos y cognitivos Entretenimiento y juegosIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 27

De robots industriales a ... Tarea repetitiva Ambiente conocido y controlado No hay interaccin con personas Poca flexibilidad Poca movilidad


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... a robots de servicio Ambientes desconocidos Ambientes dinmicos Necesidad de movilidad Interaccin con personas Ambientes exteriores Necesidad de flexibilidad


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Robots de servicio Ayudan a las personas en diversas tareas: Gua museos, tiendas, oficinas, .. Ayudante hospitales, para personas discapacitadas o de la tercera edad, Rescate en terremotos, Exploracin de ambientes peligrosos, otros planetas


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Robots de servicio


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Robot Mensajero

Un experiment con MarkovitoIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 32

Robtica Mvil de Servicio: problemas fundamentales Obtener informacin del mundo: Percepcin Saber donde estoy: Localizacin Construir un modelo del ambiente: Mapeo (SLAM) y Exploracin Decidir como alcanzar el objetivo: Planeacin Seguir un plan para alcanzar el objetivo: Navegacin, Control Tomar y llevar objetos: Manipulacin Interactuar con personas: Interaccin H-R Colaborar con otros robots y otras mquinas: Robtica distribuida, colaboracinIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 33

Incertidumbre en Robtica Sensores: limitados y con ruido Actuadores: imprecisos Modelo: impreciso e incompleto Algoritmos: aproximados


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reas del conocimiento Ingeniera mecnica Ingeniera elctrica / electrnica Control Computacin Inteligencia artificial Matemticas Psicologa, zoologa, neurocienciasIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 35

Enfoque del Curso Robots Mviles Aspectos computacionales Mtodos probabilistas Robots autnomos Ambientes no-estructurados, desconocidos, dinmicos (interiores) Tareas de servicioIntro. a la Robtica - L. E. Sucar 36

Resto del Curso Parte I conceptos bsicos Locomocin Percepcin Control Arquitecturas


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Resto del Curso Parte II conceptos avanzados Modelado del espacio Planeacin Localizacin Construccin de mapas Interaccin (con personas y otros robots)


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Referencias [Dudek, Jenkin] Cap. 1 [Jones, Flynn] Cap. 1 [Siegwart, Nourbakhsh] Cap. 1 [Russell, Norvig] Cap. 25


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Actividades Bajar e instalar Player/Stage Ver categoras concursos (CMR, Robots Limpiadores, Robocup@Home) Conocer robots en el laboratorio (Pioneer, PeopleBot, Legos, )


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