Máster Universitario en Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes. Universidad de Alcalá Curso Académico 2013/14

Transcripción

1 ROBÓTICA MÓVIL Máster Universitario en Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes. Universidad de Alcalá Curso Académico 2013/14

2 GUÍA DOCENTE Nombre de la asignatura: Robótica Móvil Código: Titulación en la que se imparte: Departamento y Área de Conocimiento: Carácter: Optativa Créditos ECTS: 6 Curso y cuatrimestre: Profesorado: Horario de Tutoría: Idioma en el que se imparte: Máster Universitario en Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes Electrónica / Tecnología Electrónica 1 er curso / 2º cuatrimestre María Elena López Guillén Manuel Ocaña Miguel Los publicados en la página web de la asignatura para el curso correspondiente Castellano/inglés 1. PRESENTACIÓN Robótica Móvil es una asignatura optativa de 6 créditos ECTS que se imparte en el segundo cuatrimestre del Máster Universitario en Sistemas Electrónicos Avanzados, Sistemas Inteligentes. El objetivo de esta asignatura es estudiar las técnicas y métodos necesarios para el diseño y control de robots móviles. Se incide especialmente en los aspectos computacionales necesarios para el desarrollo de sistemas de navegación autónomos, sistemas de percepción e interpretación sensorial del entorno e interfaces hombre-máquina adaptados a cada aplicación. Para ello se estudian los módulos principales que constituyen la base de la robótica móvil: percepción, localización, planificación, construcción de mapas y navegación. Se enfatiza el enfoque probabilístico para la resolución de estos problemas, y se analiza la coordinación e integración de los diferentes aspectos mediante técnicas de teoría de decisiones (procesos de decisión de Markov). Prerrequisitos y Recomendaciones Es aconsejable un cierto dominio del lenguaje de programación C para la realización de las prácticas, así como un nivel apropiado en métodos matemáticos aplicados a la ingeniería. 2

3 2. COMPETENCIAS Competencias genéricas: 1. Capacidad para adquirir y asimilar conceptos avanzados multidisciplinares en los que se basan los sistemas robóticos. 2. Capacidad para la integración de tecnologías y sistemas propios de la ingeniería en el contexto de la robótica móvil. 3. Capacidad para utilizar herramientas de búsqueda de recursos software y bibliográficos relacionados con la robótica móvil. Competencias específicas: 1. Capacidad para la aplicación de conceptos teóricos al desarrollo de robots móviles: desde el diseño físico hasta el desarrollo de sistemas de navegación multisensoriales e interfaces de comunicación hombre-máquina. 2. Manejo de herramientas de desarrollo comerciales para el diseño de aplicaciones de navegación, así como plataformas robóticas comerciales. 3. Capacidad para el diseño de aplicaciones robóticas basadas en entornos de simulación y posterior puesta en práctica sobre plataformas reales. 4. Resolución de problemas propios de la robótica móvil. 3. CONTENIDOS Bloques de contenido (se pueden especificar los temas si se considera necesario) Tema 1: Introducción a la robótica móvil Tipos de robots móviles, partes principales (HW/SW), sensores utilizados, modelos de movimiento, modelado de entorno y tipos de mapas. Modelos de razonamiento: enfoque deliberativo, enfoque reactivo, métodos híbridos y enfoque probabilístico. Prácticas: Introducción a robots comerciales. Estudio de un entorno de desarrollo para aplicaciones robóticas. 9 horas Total de clases, créditos u horas 3

4 Tema 2: Sistemas de percepción Sensores: odometría, sensores de contacto, sensores magnéticos, infrarrojos, ultrasonidos, láser, visión y sensores de RF. Fusión sensorial. Prácticas: sensores del robot Pioneer. Tema 3: Métodos clásicos de navegación de robots móviles El problema de la navegación. Mapeado: representaciones métricas y topológicas. Sistemas de localización: local y global. Planificación: búsqueda en grafos, programación dinámica, grafos de visibilidad y campos de potencial. Evitación de obstáculos. Prácticas: aplicaciones y ejemplos de navegación clásica. Tema 4: Métodos probabilísticos de navegación de robots móviles Estimación de estados mediante filtros bayesianos. Localización mediante filtros bayesianos: filtro de Kalman, MHT, localización de Markov y localización de MonteCarlo. Planificación mediante teoría de decisiones: MDP y POMDP. Métodos probabilísticos de mapeado y aprendizaje del entorno (técnicas de SLAM con EKF y algoritmo EM). Sistemas multirobot: localización y mapeado colaborativos. Prácticas: ejemplos de aplicación con filtros de partículas y POMDP. Tema 5: Sistemas de interacción hombre-máquina Interfaces hombre-máquina. Telecontrol de robots móviles y robots autónomos. Reconocimiento/Síntesis de voz. Ademanes y expresiones faciales. Emociones. 6 horas 12 horas 12 horas 3 horas Cronograma (Optativo) 4

5 4. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.-ACTIVIDADES FORMATIVAS Para el desarrollo de la asignatura se combinan clases presenciales teóricas (explicación de contenidos teóricos con diapositivas) con clases prácticas en las que se utiliza un entorno de programación y robots reales para poner en práctica los conceptos aprendidos. La asignatura se complementa con varias charlas orientadas a la robótica dentro del ciclo de conferencias del máster, y con el trabajo individual de los alumnos, que a lo largo del desarrollo de la asignatura deberán realizar una práctica que permita aplicar y documentar los conceptos estudiados Distribución de créditos (especificar en horas) Número de horas presenciales: Número de horas del trabajo propio del estudiante: Total horas Clases teóricas: 24 h Clases prácticas: 18 h Seminarios o conferencias: 8 h Tutorías: 6 h Presentación del trabajo/práctica: 4 h Elaboración de prácticas: 30 h Horas de estudio: 60 h 150 h 4.2. Estrategias metodológicas, materiales y recursos didácticos Clases teóricas Clases prácticas Seminarios y conferencias Práctica/trabajo final Página web y plataforma virtual Presentación en PowerPoint de contenidos teóricos Realización de prácticas con robots y entornos de programación comerciales Charlas y seminarios orientados a la robótica dentro del ciclo de conferencias del máster Realización de una práctica/trabajo final Página web del departamento (información y apuntes de la asignatura, software, etc.). También se utiliza la plataforma Blackboard para virtualizar parcialmente la asignatura, con contenidos de videos, apuntes, foros, etc. 5

6 5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación 1 La asignatura será evaluada mediante la realización de un trabajo teórico/práctico que el alumno irá desarrollando a lo largo del cuatrimestre, en las diferentes sesiones de prácticas y mediante su trabajo individual. Dicho trabajo, consistirá en resolver un problema de aplicación típico de la robótica móvil, como puede ser la navegación y localización dentro de un laberinto para conseguir salir del mismo, la navegación y construcción de mapas en un entorno desconocido, etc. Para la realización de dicho trabajo el alumno tendrá que aplicar los conceptos aprendidos en los diferentes temas, consultar e investigar sobre diferentes metodologías, justificar las estrategias y algoritmos utilizados, y demostrar su funcionamiento utilizando un entorno de programación de aplicaciones robóticas real. Por último, deberá realizar una defensa pública del trabajo, demostrando el correcto funcionamiento de la aplicación desarrollada y justificando los métodos y algoritmos utilizados. Para la evaluación del trabajo se tendrán en cuenta los siguientes criterios de evaluación y calificación: Consecución del objetivo de la aplicación planteada sobre un entorno de programación de aplicaciones robóticas real. (40% de la nota) Justificación teórica de los métodos y estrategias utilizados para resolver cada una de las etapas del problema planteado (localización, navegación, mapeado, etc.) (40% de la nota) Presentación y documentación del trabajo. (20% de la nota) 6. BIBLIOGRAFÍA Bibliografía Básica APUNTES DE LA ASIGNATURA, disponibles a través de la plataforma virtual o la página web del departamento. "Introduction to Autonomous Mobile Robots". Roland SIEGWART. The MIT Press. 1 Es importante señalar los procedimientos de evaluación: por ejemplo evaluación continua, final, autoevaluación, co-evaluación. Instrumentos y evidencias: trabajos, actividades. Criterios o indicadores que se van a valorar en relación a las competencias: dominio de conocimientos conceptuales, aplicación, transferencia conocimientos. Para el sistema de calificación hay que recordar la Normativa del Consejo de Gobierno del 16 de Julio de 2009: la calificación de la evaluación continua representará, al menos, el 60%. Se puede elevar este % en la guía. 6

7 Bibliografía Complementaria "Computational Principles of Mobile Robotics". Gregory DUDEK. Cambridge University Press. "Principles of Robot Motion: Theory, Algorithms and Implementations". Howie CHOSET. The MIT Press "Introduction to Robotics". P.J. MCKERROW. Addison Wesley. "Autonomous Robots: From Biological Inspiration to Implementation and Control". George A. BEKEY. The MIT Press "Mobile Robotics: A Practical Introduction". Ulrich NEHMZOW. Springer. "Robótica. Manipuladores y robots móviles". Aníbal OLLERO. Marcombo Boixereu Editores. "Probabilistic Robotics". Sebastian THRUN. The MIT Press 7