FEUP - Robótica
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Código: EIC0071 Sigla: ROBO
Página Web: https://moodle.up.pt/course/view.php?id=2101
MIEIC 27 Plano de estudos a partir de 2009/10 5 - 6 42 162
Armando Jorge Miranda de Sousa Regente
Armando Jorge Miranda de Sousa 1,50
Luís Paulo Gonçalves dos Reis 1,50
Campos alterados: Objetivos, Resultados de aprendizagem e competências, Componentes de Avaliação e Ocupação, Programa, Trabalho de estágio/projeto, Métodos de ensino e atividades de aprendizagem
Estudar métodos de perceção e interpretação sensorial (com ênfase na visão por computador) que permitam criar estados do mundo precisos e métodos de localização de robôs móveis.
Estudar os fundamentos da interação humano-robô, da aprendizagem para robôes, robótica cooperativa e da construção de equipas de robôs.
Espera-se que, no final da UC, os estudantes sejam capazes de:
Definir Autonomia em Sistemas Robóticos
Definir Sistemas Robóticos Inteligentes
Explicar o enquadramento da Inteligência Artificial em Sistemas Robóticos Inteligentes
Identificar as aplicações da Robótica Inteligente
Identificar e utilizar as Arquiteturas clássicas para controlo em Robótica
Conhecer o Estado da Arte em Sistemas Robóticos Inteligentes
Conhecer os sensores e atuadores mais comuns utilizados em robótica e métodos de interpretação sensorial
Avaliar a utilização de sistemas de visão comparativamente a outros métodos
Aplicar métodos de fusão sensorial, métodos do âmbito da Inteligência Artificial e métodos de processamento de sinal e de visão para construir Estados do Mundo
Aplicar métodos de localização, mapeamento, planeamento e navegação em robótica
Conhecer e utilizar uma ou mais plataformas robóticas e/ou de simulação robótica
Conhecer e utilizar metodologias de interacção, aprendizagem e cooperação para robótica.
Experience in computer language programming is needed - any language, frequently used languages include Java, C++, Python or Object Pascal, ...
Introdução à Robótica Inteligente:
Conceitos Básicos de Robótica, Inteligência Artificial em Robótica; Áreas e Aplicações de Robôs Inteligentes; Ciclo Percepção-Decisão-Ação; Arquiteturas para Agentes Robóticos; Competições Robóticas; Simulação e Simuladores Robóticos; História, Evolução e Tendências Atuais em Robótica Inteligente.
Middleware para Robótica e ROS:
Middleware e Middleware para Robótica; Projetos de Middleware em Robótica; Introdução ao ROS - Robot Operating System; Arquitetura ROS; Comandos da Consola ROS; Criação de Pacotes ROS; ROS C++ Client Library; Simulação em ROS; Visualizações e Ferramentas de Interface; ROS Bags.
Percepção e Interpretação Sensorial:
Tipos de Sensores para Robôs Móveis; Proximidade / Sensores de Contato; Sensores de Posição/Movimento; Visão Robótica (Camaras, Sensores de Profundidade, Imagem Digital, Espaços de Cores, Processamento e Análise de Imagem; "Robot Hearing"; Análise e Representação de Incerteza; Técnicas de Fusão Sensorial.
Locomoção e Ação:
Atuadores para Robôs Móveis; Modos e Mecanismos de Locomoção; Robôs com Rodas; Robôs com Pernas e Walking Bípede; Manipuladores Robóticos e seu Controle; Cinemática de Robôs Móveis e Controle de Movimento; Simulação de Locomoção e Ação.
Localização e Mapeamento:
Mapas e Estados do Mundo; Mapas Métricos e Mapas Topológicos; Localização de Markov, Gaussian e Grid; Filtros de Kalman e Localização de Filtros de Kalman Estendidos; Filtros de Partículas e Localização de Monte-Carlo; SLAM - Localização e Mapeamento Simultâneos; Métodos para SLAM (EKF-SLAM, FastSLAM e Graph SLAM).
Planeamento e Navegação:
Planeamento de Caminho em Ambientes Conhecidos/Desconhecidos; Decomposição Celular; Visibility Graphs; Diagramas de Voronoi; Algoritmos de Pesquisa, Dijkstra, A * e D *; Método de Campo Potencial; Desvio de Obstáculos; Arquiteturas de Navegação; Métodos de Exploração do Mundo; Planeamento de Alto Nível.
Interação Humano-Robô (IHR):
Noções Básicas de Interação Humano-Computador; Perceção para IHR; Decisão para IHR; Ação para IHR; Cooperação Inteligente Humano-Robô.
Aprendizagem para Robótica:
Introdução e Desafios na Aprendizagem de Robôs; Redução de Dimensionalidade; Aprendizagem Supervisionada; Aprendizagem Evolutiva para Robótica; Aprendizagem por Reforço para Robótica; Otimização e Metaheurísticas para Robótica; Self-Supervised, Imitation e Deep Learning para Robótica; Aprendizagem Multi-Robô.
Robótica Cooperativa e Equipas Humano-Robô:
Cooperação entre Robôs para Trabalho em Equipa; Intenções Conjuntas, TAEMS, Baseada em Papéis, Regras Sociais; Formações Multi-Robô; Comunicação Multi-Robô; Locker-Room, Coordenação Estratégica, Setplays; Swarm Robotics; Equipas Humano-Robô.
Robótica no Futuro:
Inteligência Artificial e Robótica no Futuro; Visões, Ficção Científica e Realidade; Projetos Avançados em Robótica em Portugal, UE, Japão e EUA; Asimov Laws e o seu Futuro; Ética Robótica, Direitos dos Robôs e Robotic Governance; Robôs Industriais, Pessoais, Ubiquos e Cloud; Tendências Futuras e Aplicações em Robótica; A Singularidade?
Howie Choset, Kevin M. Lynch, Seth Hutchinson, George Kantor, Wolfram Burgard, Lydia E. Kavraki, Sebastian Thrun ; Principles of Robot Motion : Theory, Algorithms, and Implementations , Bradford Book, MIT Press, Cambridge, Massachussets, London England, 2005. ISBN: 0-262-03327-5
Robin R. Murphy; An Introduction to AI Robotics , Bradford Book, MIT Press, Cambridge, Massachussets, London England, 2000. ISBN: 0-262-13383-0
Russell, Stuart; Artificial intelligence. ISBN: 0-13-360124-2
Sebastian Thrun, Wolfram Burgard, Dieter Fox ; Probabilistic Robotics, MIT Press, Cambridge, Massachussets, London England, 2005. ISBN: 0-262-20162-3
Siciliano, Bruno; Khatib, Oussama (Eds.); Springer Handbook of Robotics, Springer, 2008. ISBN: 978-3-540-38219-5
Jason M. O'Kane; A Gentle Introduction do ROS, Independently published, 2013. ISBN: 978-14-92143-23-9 (Free - https://www.cse.sc.edu/~jokane/agitr/)
Exposição com interação nas aulas
Exemplos apresentados relativos a projetos desenvolvidos pelos docentes.
Possível uso de simuladores para navegação de robôs móveis e robôs Humanoides
Trabalhos sobre robótica cooperativa
Exploração de diversas plataformas robóticas móveis
A avaliação inclui capacidade de pesquisa, trabalho científico e técnico e ainda capacidade de comunicação relativo ao trabalho apresentado. É incentivado pensamento de ordem elevada
Será dado feedback dos trabalhos intermédios durante a UC para que o melhoramentos possa ser incorporado na apresentação final
Simuladores Soccer-Server (2D e 3D)
Simulador Ciber-Rato
Simulador RoboCup Rescue
Não exceder faltas
Entregar no mínimo os Assignments 1 e 2 com avaliação superior a 6 valores (em 20) em cada um deles
20% Assignment 1 (inclui apresentação oral)
20% Assignment 2 (inclui mini-artigo para uma possível conferência científica)
10% Assignment 3 (avaliação intermédia do estado do trabalho)
40% Assignment 3 (projeto final da UC), desdobrado em:
10% Código & Funcionalidades & Demonstração de funcionamento
10% Artigo para uma possível conferência científica
05% Referências
10% Apresentação Oral e Defesa
05% Vídeo
HomeWorks - Trabalhos de casa
Pequenos trabalhos semanais
Assignment 1 - Trabalho 1
Pesquisa ou survey no auge do estado da arte em robótica
OU Pequeno projeto inicial em robótica inteligente
Assignment 2 - Trabalho 2
Robo reativo simples
Frequentemente em equipas de 2 estudantes; são permitidos trabalhos individuais ; tamanho máximo da equipa 4 estudantes; antes do início do trabalho os objetivos concretos são ajustados caso a caso dependendo do tamanho da equipa, etc
Course Project - Projeto Final da UC
Os Assignments 3 e 4 - Trabalhos 3 e 4 - fazem parte do Projeto Final da UC
Assignment 3 - Trabalho 3 - Avaliação da maturidade do planeamento e desenvolvimento, feito a meio do tempo de projeto
Assignment 4 - Trabalho 4 - Demonstração, apresentação e defesa oral, artigo científico publicável em conferência e vídeo
Course project - Projeto Final da UC - Agente para a competição de Ciber Rato ou variantes tal como ações colaborativas, mapeamento, etc; outras aplicações frequentes incluem condução autónoma simulada, futebol robótico, robôs humanóides ou projeto de investigação acordado entre estudantes e professor
Dispensa de presenças
20% Assignment 1 - Trabalho 1
20% Assignment 2 - Trabalho 2
60% Assignment 4 - Projecto + Apresentação + Artigo + Vídeo
Melhoria (individual) dos trabalhos que devem obrigatoriamente ter sido anteriormente apresentados na apresentação final da UC.
Se pretender melhorar os HomeWorks, será necessário apresentar todos eles.
Atenção: Os materiais da UC serão fornecidos em Inglês
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