ROBÓTICA MÓVIL Máster Universitario en Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes. Universidad de Alcalá Curso Académico 2011/12

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1 ROBÓTICA MÓVIL Máster Universitario en Sistemas Electrónicos Avanzados. Sistemas Inteligentes. Universidad de Alcalá Curso Académico 2011/12

2 GUÍA DOCENTE Nombre de la asignatura: Robótica Móvil Código: Titulación en la que se imparte: Departamento y Área de Conocimiento: Carácter: 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 Optativa 1 er curso / 2º cuatrimestre María Elena López Guillén (elena@depeca.uah.es) Manuel Ocaña Miguel (mocana@depeca.uah.es) Los publicados en la página web de la asignatura para el curso correspondiente Español / 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, visión, 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 (si es pertinente) 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 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. Práctica: Introducción a robots comerciales y entornos de desarrollo. Robots Pioneer y entorno Player /Stage /Gazebo 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. Total horas 9 horas 6 horas 3

4 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. 12 horas 12 horas 3 horas Cronograma (Optativo) Semana / Sesión Contenido 01ª semana TEMA 1: Explicación teórica de los contenidos del tema 1. 02ª semana TEMA 1: Introducción a robots y entornos de desarrollo comerciales. Entorno Player/Stage/Gazebo 03ª semana TEMA 1: Realización de la práctica del tema 1 04ª semana TEMA 2: Explicación teórica de los contenidos del tema 2. 05ª semana TEMA 2: Realización de la práctica del tema 2 06ª semana TEMA 3: Explicación teórica de los contenidos del tema 3 07ª semana TEMA 3: Explicación teórica de los contenidos del tema 3 08ª semana TEMA 3: Realización de la práctica del tema 3 09ª semana TEMA 3: Realización de la práctica del tema 3 10ª semana TEMA 4: Explicación teórica de los contenidos del tema 4 11ª semana TEMA 4: Explicación teórica de los contenidos del tema 4 4

5 12ª semana TEMA 4: Realización de la práctica del tema 4 13ª semana TEMA 4: Realización de la práctica del tema 4 14ª semana TEMA 5: Explicación teórica de los contenidos del tema 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, tanto para la realización de prácticas de evaluación continua como para la realización de una práctica libre final, así como horas de estudio para el examen final 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 Exámenes: 2 h Presentación de trabajo final: 2 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 libre 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 final libre Página web del departamento (información y apuntes de la asignatura, software, etc.). También se utiliza la plataforma Blackboard 5

6 para virtualizar parcialmente la asignatura, con contenidos de videos, apuntes, foros, etc. 5. EVALUACIÓN: Procedimientos, criterios de evaluación y de calificación 1 Para la evaluación de la asignatura se tendrán en cuenta los siguientes aspectos: Realización de un examen final escrito (40%) en el que se valorará el dominio de los conocimientos conceptuales de la asignatura. Evaluación de las prácticas programadas en clase, mediante el seguimiento continuo de las mismas y la entrega de memorias justificativas (30%) Evaluación de la práctica/trabajo final de la asignatura (20%) con el que se pretende que el alumno demuestre su capacidad para aplicar y llevar a la práctica los conceptos aprendidos en los diferentes temas. Asistencia a las charlas/seminarios (10%) orientados a la robótica móvil dentro del ciclo de conferencias del Máster. Para aprobar la asignatura es necesario aprobar por separado cada una de las partes anteriores y haber asistido regularmente a las clases. 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. Bibliografía Complementaria (optativo) 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 "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