Disciplina Discipline SSC5888
Robôs Móveis Autônomos

Autonomous Mobile Robots

Área de Concentração: 55134

Concentration area: 55134

Criação: 15/02/2021

Creation: 15/02/2021

Ativação: 15/02/2021

Activation: 15/02/2021

Nr. de Créditos: 6

Credits: 6

Carga Horária:

Workload:

Teórica

(por semana)

Theory

(weekly)

Prática

(por semana)

Practice

(weekly)

Estudos

(por semana)

Study

(weekly)

Duração Duration Total Total
3 3 9 6 semanas 6 weeks 90 horas 90 hours

Docentes Responsáveis:

Professors:

Denis Fernando Wolf

Fernando Santos Osório

Objetivos:

Esta disciplina aborda temas relacionados com as pesquisas atuais na área de robótica móvel. Serão apresentados conceitos iniciais sobre sensores, atuadores e comportamentos inteligentes robóticos, seguido de arquiteturas robustas de controle em robótica móvel, bem como tópicos mais avançados abordando: técnicas inteligentes para controle robusto, mapas, auto-localização, planejamento de trajetórias e estratégias de ação, navegação autônoma de sistemas móveis em ambientes com obstáculos estáticos e dinâmicos, e execução de tarefas complexas. Os alunos irão desenvolver aplicações práticas de controle de robôs móveis através do uso de simuladores e de robôs reais, fazendo uso de sensores mais avançados (e.g. laser-scan/LIDAR, dados 3D/PointClouds, sistemas de visão, GPS).

Objectives:

This course presents topics related to mobile robotics field current research and development. Initial concepts related to sensors, actuators and robotics intelligent behaviors are introduced, followed by control architectures for mobile robots, as well as more advanced topics are addressed: intelligent techniques for robust robot control, building and using maps, self-localization, trajectory planning and action strategies, autonomous navigation of mobile robot systems in environments with static and dynamic obstacles, and how to manage and perform complex tasks. During this course, the students will develop mobile robot practical applications through the use of simulators and real robots, making use of advanced sensors (e.g. laser-scan/LIDAR, 3D perception systems/Point Clouds, vision systems, GPS).

Justificativa:

A robótica móvel é uma área de pesquisa multidisciplinar e relativamente recente, na qual o maior desafio é o desenvolvimento de robôs móveis autônomos, que sejam capazes de interagir com o ambiente e tomar decisões corretas para que suas tarefas sejam executadas com êxito. Esta disciplina apresenta algoritmos, métodos e trabalhos de pesquisa do estado-da-arte em robótica móvel, tornando-se muito importante na formação de conhecimentos de base e mais aprofundados da área para pesquisadores e profissionais que pretendem se especializar nessa área. Dessa forma, é fundamental a existência de disciplinas que abordem os aspectos teóricos e práticos desse vasto campo de pesquisa.

Rationale:

Mobile robotics is a relatively recent multidisciplinary research field, in which the biggest challenge is to develop autonomous mobile robots that are able to interact with the environment and to make the right decisions, in order to complete different tasks successfully. This course will present algorithms, methods and research work from the state-of-the-art in mobile robotics. The classes can be very helpful to the acquisition of basic concepts and a more in-depth knowledge about this area, for researchers and professionals, who want to specialize in this field. Thus, it is essential to made available disciplines that address the modern theoretical and practical aspects of this vast field of research.

Conteúdo:

- Conceitos sobre robôs móveis autônomos: percepção e ação, sensores e atuadores simples e avançados. Uso de sensores do tipo Laser-Scan, sistemas baseados em câmeras (visão computacional para robótica), percepção 3D, sistemas de localização baseados em Odometria, GPS e IMU; - Arquiteturas e sistemas de controle robusto para robôs móveis: arquiteturas reativas, deliberativas e híbridas; - Planejamento e navegação com controle da localização, evitando colisões com obstáculos estáticos (conhecidos ou desconhecidos) e com obstáculos móveis; - Navegação baseada em marcos (landmarks); - Construção e uso de mapas de ocupação (grid), geométricos, topológicos e semânticos. SLAM; - Projeto, implementação, teste e validação de sistemas de controle em robôs simulados e robôs reais; - Projeto de sistemas robóticos embarcados: integração hardware e software; - Veículos inteligentes e autônomos.

Content:

- Autonomous mobile robots concepts: perception and action, sensors and actuators (simple and advanced devices). Using Laser-scan sensors (LIDAR), camera based systems (computer vision for robotics), 3D perception, localization systems based on odometry, GPS and IMU; - Architectures for robust control of mobile robot systems: reactive, deliberative and hybrid architectures; - Path planning and navigation control with: localization, avoiding collisions with static obstacles (known or unknown) and moving obstacles; - Landmarks based localization and navigation; - Maps: building and using occupation grids, geometrical, topological and semantic maps. SLAM; - Design, implementation, testing and validation of control systems using simulated and actual robots; - Design of embedded robotic systems: hardware and software integration; - Intelligent and autonomous vehicles;

Forma de Avaliação:

Poderão ser aplicados os seguintes instrumentos de avaliação: - Prova e/ou apresentação seminários e relatórios; e - Desenvolvimento de atividades práticas de

Type of Assessment:

One of the following assessment tools could be applied: - Tests and/or presentation of seminars and reports; and - Development of practical activities: implem

Bibliografia:

Fundamentais: [1] GREGORY DUDEK, MICHAEL JENKIN (2000), Computational Principles of Mobile Robotics, MIT Press, ISBN: 052156876-5, 294 páginas. [2] ROLAND SIEGWART, ILLAH R. NOURBAKHSH (2004), Introduction to Autonomous Mobile Robots, MIT Press, ISBN: 026219502-X, 335 páginas [3] SEBASTIAN THRUN, WOLFRAM BURGARD, DIETER FOX (2005), Probabilistic Robotics, MIT Press, ISNB: 026220162-3, 667 páginas. [4] ROMERO, R. A. F.; SILVA JÚNIOR, E. P.; OSÓRIO, F. S.; WOLF, D. F. (Eds). Robótica Móvel. 1 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014. Complementares: [5] HOWIE CHOSET, KEVIN M. LYNCH, SETH HUTCHINSON, GEORGE KANTOR, WOLFRAM BURGARD, LYDIA E. KAVRAKI, SEBASTIAN THRUN (2005), Principles of Robot Motion: Theory, Algorithms, and Implementations, MIT Press, ISNB: 026203327-5, 625 páginas. [6] MAJA J. MATARIC (2007), The Robotics Primer, Maja J. Mataric, MIT Press, ISBN: 026263354-X, 288 páginas (Versão em português também disponível). [7] PLAYER/STAGE/GAZEBO – Software tools for robot and sensors applications, http://playerstage.sourceforge.net/. [8] ROS - Robot Operating System (Open Source Platform). http://www.ros.org/ (21.12.2020) [9] CoppeliaSim / V-REP - Virtual Robot Experimentation Platform (Simulator), http://www.coppeliarobotics.com/ (21.12.2020)

Bibliography:

Main texts: [1] GREGORY DUDEK, MICHAEL JENKIN (2000), Computational Principles of Mobile Robotics, MIT Press, ISBN: 052156876-5, 294 pages. [2] ROLAND SIEGWART, ILLAH R. NOURBAKHSH (2004), Introduction to Autonomous Mobile Robots, MIT Press, ISBN: 026219502-X, 335 pages. [3] SEBASTIAN THRUN, WOLFRAM BURGARD, DIETER FOX (2005), Probabilistic Robotics, MIT Press, ISNB: 026220162-3, 667 pages. [4] ROMERO, R. A. F.; SILVA JÚNIOR, E. P.; OSÓRIO, F. S.; WOLF, D. F. (Eds). Robótica Móvel (Mobile Robotics). 1 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2014. Additional texts: [5] HOWIE CHOSET, KEVIN M. LYNCH, SETH HUTCHINSON, GEORGE KANTOR, WOLFRAM BURGARD, LYDIA E. KAVRAKI, SEBASTIAN THRUN (2005), Principles of Robot Motion: Theory, Algorithms, and Implementations, MIT Press, ISNB: 026203327-5, 625 pages. [6] MAJA J. MATARIC (2007), The Robotics Primer, Maja J. Mataric, MIT Press, ISBN: 026263354-X, 288 pages. [7] PLAYER/STAGE/GAZEBO – Software tools for robot and sensors applications, http://playerstage.sourceforge.net/. [8] ROS - Robot Operating System (Open Source Platform). http://www.ros.org/ (21.12.2020) [9] CoppeliaSim / V-REP - Virtual Robot Experimentation Platform (Simulator), http://www.coppeliarobotics.com/ (21.12.2020)

Idiomas ministrados:

Português

Languages taught:

Portuguese

Tipo de oferecimento da disciplina:

Presencial

Class type:

Presencial