1.-Introducción
La asignatura es una introducción a la
robótica autónoma. El alumno asimilará los conceptos básicos que pertenecen a
la robótica, así como los elementos que forman parte de un robot. Se comenzará
por los conceptos básicos de la robótica, relacionados con la estructura de un
robot, modelado cinemático y dinámico, control y programación de un robot
autónomo. Se analizan los conceptos básicos de diferentes tipos de sensores y
de actuadores de uso habitual en aplicaciones robóticas. Se analizan y estudian
las estrategias básicas de control, así como su realización. En las sesiones prácticas
se controla un robot autónomo, en simulador o real.
2.-Objetivos Generales
Entender la problemática asociada al uso de
robots físicos en ambientes no estructurados y complejos. Entregar al alumno
los conocimientos necesarios para comprender el funcionamiento de dispositivos
para la medición de variables (sensores) y la transformación de señales eléctricas
en mecánicas (actuadores) para sistemas robóticos. Una mayor dificultad es que un
comportamiento de navegación debe ser mucho más creativo que el paseo aleatorio.
Aunque apenas se trate de una simulación de lo que ocurre en el mundo abierto,
las experiencias del juego permitirán observar al estudiante las dificultades
de los ambientes complejos y las decisiones que debe tomar el ingeniero para
resolver las mismas.
Objetivos: (del
curso expresados como resultado del aprendizaje y competencias)
El alumno sabrá/comprenderá:
·
los
tipos de robots
·
los
actuadores y sensores de robots
·
el
modelado del vehículo
·
la
localización del vehículo
·
los
componentes para controlar un vehículo
El alumno será capaz de:
·
analizar
el comportamiento del vehículo
·
controlar
el vehículo
·
localizar
artículos del área
3. Objetivos
3.1. Objetivos instrumentales generales
- Comprender el ámbito de los robots móviles.
- Conocer y utilizar herramientas de programación de sistemas
robóticos.
- Utilizar con fluidez herramientas conceptuales de navegación de
robots.
- Adquirir y emplear un buen lenguaje formal, tanto oral como
escrito, siendo riguroso en las explicaciones de cualquier proceso.
3.2. Objetivos sistémicos generales
- Capacidad de integrar los conocimientos y destrezas prácticas de
las diferentes asignaturas para resolver situaciones reales en un robot
relacionadas con los sistemas de sensores, actuadores, modelos
cinemáticos, modelos dinámicos, restricciones ergonométricas, arquitecturas
de control, navegación, rastreo y búsqueda.
- Desarrollar la madurez necesaria en el proceso de abstracción para
abordar problemas reales y plantear modelos y soluciones de forma razonada
y correcta.
- Reforzar el hábito de desarrollar diferentes alternativas,
cuestionando las características, riesgos y viabilidad de cada una, para
cada problema planteado.
4. Competencias
4.1. Competencias instrumentales
4.1.1. Habilidades cognitivas
- Ser capaz de crear documentaciones técnicas completas, correctas y
legibles.
- Constatar la jerarquía de actividades a resolver en un sistema de
robots móviles haciendo hincapié en el efecto de las características del
entorno y del conjunto sensores/actuadores del robot.
- Conocer la especificación de objetivos de un sistema de
navegación.
- Conocer las técnicas de almacenamiento de mapas analizando sus ventajas
e inconvenientes. Éstas se dividen en dos grupos fundamentales: topológicas
y geométricas.
- Manejar los algoritmos de generación de mapas presentes en la bibliografía
analizando los procedimientos de adquisición y procesamiento de datos
necesarios.
- El alumno ha de asimilar en primer lugar la clasificación básica
de técnicas: absolutas y relativas. Debe ser capaz de constatar la diferenciación
que existe entre las mismas analizando su idoneidad para los diferentes
problemas de navegación que se presentan. Asimismo el alumno debe
comprender cómo las características del entorno determinan el
procedimiento a utilizar en cada caso.
- Conocer en profundidad el enunciado básico del problema de localización
y mapeo simultáneo como uno de los pilares de un sistema robótico
completamente autónomo.
- Capacitar al alumno para la selección de las técnicas de guiado a
utilizar. Teniendo en cuenta la consideración de la configuración
cinemática del robot y su impacto sobre la técnica de planificación de
caminos utilizada.
- Especificar sistemas de control de los robots atendiendo a la
selección de técnica de guiado y a las posibilidades que proporcionen los
actuadores y los sensores de los robots.
4.1.2. Capacidades metodológicas
- Tener capacidad de análisis y síntesis.
4.1.3. Destrezas tecnológicas
- Manejar con fluidez diferentes herramientas de control de robots móviles.
4.2. Competencias interpersonales
- Ser capaz de presentar en público una solución a un problema
planteado y mantener un debate con el resto de la clase sobre la solución
planteada.
4.3. Competencias sistémicas
- Motivación por la calidad y por la creatividad.
5.-Actividades
Concretamente las actividades que se
proponen son las siguientes:
- Clases de teoría con apoyo de material audiovisual. En estas clases se presentarán los contenidos básicos de un cierto
tema. Las clases comenzarán con una breve introducción de los contenidos
que se pretenden transmitir en la clase, así como con un breve comentario
a los conceptos vistos en clases anteriores y que sirven de enlace a los
que se pretenden desarrollar. El desarrollo de la clase se llevará a cabo
con medios audiovisuales, textos, transparencias… que permitan un adecuado
nivel de motivación e interés en los alumnos. Se debe intentar motivar a los
alumnos a intervenir en cualquier momento en las clases para hacer éstas
más dinámicas y facilitar el aprendizaje. Es importante intentar terminar
la exposición con las conclusiones más relevantes del tema tratado. Las
transparencias que se utilizarán en clase son un subconjunto de las que se
facilitan a los alumnos en la página web y en la fotocopiadora. Estas
transparencias son una guía para el estudio, pero no son sustitutas de la
bibliografía recomendada.
- Talleres de prácticas. Las clases
prácticas presenciales estarán dedicadas a la resolución colaborativa de
problemas de análisis de problemas de navegación y su posterior
resolución.
- Trabajo obligatorio. Al alumno se le dará
una publicación reciente sobre el tema, sobre la cual debe elaborar una
presentación en la que establezca un análisis del contenido de una
publicación reciente y una revisión crítica en la que se presenten los
aspectos más novedosos. Esta presentación se hará en público y se estimula
la interacción con el resto de los alumnos de la asignatura. Servirá para
establecer la calificación.
6.-Programa
1
|
Introducción a la Robótica. Estructura
de un Robot. Cinemática y Dinámica de un Robot. Control de Robots.
Programación de Robots. Robótica Industrial. Introducción a la robótica autónoma. Conceptos básicos. Consideraciones
de diseño. Ergonometria. Partes de un robot. Control de robots. Convertidores
A/D y D/A.
|
2
|
Sensores de Posición: Medición de Angulo:
Encoders ópticos (incrementales, absolutos).
Doppler. Acelerómetros. Sensores de Orientación: Brújulas, giroscopios
(mecánicos, ópticos, por medición de flujo magnético). Sensores para Medición
de Distancias: Basados en “tiempo de vuelo” (laser y ultrasónicos), medición
de corrimiento de fase, modulación de frecuencia.
|
3
|
Sistemas de Localización y Telemetría RF:
Sistemas RF terrestres para telemetría y mallas de navegación. Sistema de
Posicionamiento Global (GPS) y otros. Otros sensores: Contacto y proximidad.
Composición química basada en espectrometría. Sensores ópticos de espectro visible
(arrays CCD, CMOS, CID). Sensores térmicos y de radiación. Radares de
apertura sintética.
|
4
|
Técnicas para Posicionamiento y
Navegación: Odometría y Dead Reckoning empleando encoders y Doppler (errores
de odometría sistemáticos y no sistemáticos, medición de errores de
odometría, reducción de errores). Navegación Inercial empleando giroscopios y
acelerómetros. Posicionamiento basado en Faros Activos (métodos de
triangualción, trilateración empleando transponders ultrasónicos,
posicionamiento óptico). Navegación basado en marcas del terreno (naturales,
artificiales, sistemas de visión, termales). Posicionamiento y navegación
basada en mapas (aplicación de sensores para medición de distancias y
navegación inercial, construcción de mapas y fusión sensorial, map matching,
mapas topológicos y geométricos).
|
5
|
Técnicas de Visión por Computadora:
Extracción de características. Reconocimiento de Patrones. Estimación de
Distancias y Reconstrucción 3D empleando estereoscopía. Rectificación de Imágenes y Calibración de
Cámaras. Construcción de mapas basados en características visuales. Hardware
para Adquisición de Datos, Estándares y Protocolos de Transmisión.
|
6
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Actuadores: Servomotores (motores Stepper, DC
Brush/Brushless, AC, Synchros/Resolvers). Drives
Electrónicos: rectificadores (conversores ac-dc), choppers (conversores
dc-dc, puentes H / cuatro cuadrantes), inversores (conversores dc-ac), modulación de ancho de pulso (PWM), y
controladores para motores. Actuadores neumáticos e hidráulicos. Morfología
de Robots Industriales y end-effectors. Configuraciones de Robots Móviles
(tracción diferencial, triciclo, synchro, omnidireccional, dirección de
Ackerman). Actuadores experimentales basados en SMAs (shape memory alloys),
EAPs (electroactive
polymers), MEMS (microelectromechanical systems).
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7
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Navegación
autónoma. Requisitos fundamentales. Construcción de mapas del entorno.
Abstracción de mapas del entorno. Ejemplos de diversas arquitecturas (con
jerarquía, redes neuronales, lógica difusa, con bases biológicas). Niveles de Control. Especificaciones. Arquitecturas para control:
funciones básicas y de control inteligente, requerimientos, tipos de
arquitecturas, diseño funcional. Gestión de ejecución e implantación.
Descripción de algunas implantaciones.
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8
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Generación de Trayectorias. Planteamiento del problema. Definición paramétrica de curvas y
técnicas de interpolación. Generación de caminos en el espacio
cartesiano. Generación de trayectorias
para manipuladores. Trayectorias articulares para manipuladores: Empleo de
polinomios cúbicos, empleo de polinomios de orden superior, funciones
lineales con enlace parabólico. Métodos en espacio cartesiano.
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