Praktická robotika (X33PAR)

Transkript

1 Inelligen and Mobile Roboics Division Prakická roboika (X33PAR) Přednášející: Ing. Libor Přeučil, CSc., el , Cvičení: RNDr. Miroslav Kulich, Ph.D., el , Organizace předměu: rozsah 1+2h, 6(7) přednášek à 2h (1.-6. ýden) - cílem přednášek je zprosředkova úzce specializovanou meodiku pro řešení vybrané úlohy z ineligenní mobilní roboiky 13 laboraorních cvičení, viz. hp://descares/par - řešení úloh v ýmech, posup per-pares - práce v simulovaném prosředí následovaná přenosem na reálný robo - závěrečná demonsrace výsledků/souěž Doporučená lieraura: exy přednášek, vybrané referenční publikace (články)

2 Inelligen and Mobile Roboics Division Co je o robo? Zařízení schopné fyzického působení na okolní prosředí na základě: Příkazů operáora (eleoperovaný manipuláor) Předem sanovených povelů/programu (programovaný manipuláor) Adapiviy, na základě zpracování senzorické informace z prosředí a daného cíle (auonomní robo) Kognice, se schopnosí si cíle činnosi naléza samosaně (a se zahrnuím úředchozího) za účelem realizace určié sraegie (kogniivní robo) Základní funkcionalily robou: Snímání prosředí (sensing) Vnímání (percepion), zpracování senzorické informace do vniřní reprezenace (od signálového zpracování senzorických da, až po inerpreaci da do formy znalosi/vniřního modelu prosředí Plánování a uvažování o činnosi (planning and reasoning) na úrovni akcí nebo podcílů využiím získané znalosi o prosředí za účelem splnění daného cíle nebo sraegie Fyzická realizace plánů (acion)

3 Inelligen and Mobile Roboics Division Klasifikace roboů dle určení Obecný robo předpokládá zachování obecné manipulační schopnosi v prosředí, j. disponuje akčním sysémem pro pohyb v prosředí a manipulaci s objeky Humanoidní roboy Mobilní manipuláory Mobilní robo funkcionalia mobiliy je zachována jako generická vlasnos, manipulační schopnosi jsou zpravidla polačeny UGV (pozemní mobilní, kolové, pásové, ad. sysémy) UAV (léající sysémy, leadla, vrulníky, ad.) AUV (podvodní auonomní sysémy, ponorky a jiná plavidla) Manipuláor pohyblivos v prosředí omezena, plně zachována schopnos manipulace s objeky Monážní/výrobní linky Teleoperované sysémy (nebezpečná a nedosupná posředí, aj.)

4 Inelligen and Mobile Roboics Division Základní archiekury robou z hlediska zpracování informace Hierarchická/deliberaivní Sekvenční zpracování ve smyčce Vyžaduje vniřní model prosředí/znalosi Umožňuje učení Složiější implemenace vnímání plánování akce Reakivní Bez modelu prosředí Aplikace souboru heurisik Obížné učení Jednoduchá implemenace vnímání akce Hybridní Kombinace výhod předchozího Obížná volba způsobu zpracování příchozí informace vnímání plánování akce

5 Inelligen and Mobile Roboics Division Deliberaivní archiekura mobilního robou (implemenace): Efekivní při schopnosi inerpreova senzorická daa do modelu/znalosi Výpočeně náročné Učení doplňováním modelu prosředí / báze znalosí Chybí mechanismus deekce rozpoznání chybového chování

6 Inelligen and Mobile Roboics Division Reakivní archiekura (implemenace) savba modelu svěa senzory průzkum prosředí sledování cíle předcházení kolizím úrovně absrakce chování/pravidel akuáory prosředí Bez nunosi realizace rozpoznávání (výpočeně náročné) Jednoduchá aplikace hierarchických a/nebo paralelních pravidel Snadno dosažielná funkcionalia, bez garanované opakovaelnosi chování Učení možné pouze odvozováním a doplňováním reakivních pravidel

7 Inelligen and Mobile Roboics Division Základy kinemaiky kolového podvozku Smýkavý vs. oáčivý pohyb kolových podvozků Pro oáčivý pohyb je řeba mí společný sřed oáčení (zakřivení) rajkeorie pro všechna kola bez společného sředu oáčení (SSO) společný sřed oáčení (SSO) - Plaí pouze pro ideálně enká kola s šířkou běhounu 0 - Siuace s výskyem smýkání/ření jsou obížně analyicky posižielné

8 Inelligen and Mobile Roboics Division Diferenciální pohon SSO R ω v l l/2 y (x,y) Θ v r x souřadnice sředu oáčení dopředná rychlos jednolivých kol poloměr zaáčení úhlová rychlos zaáčení SSO v x Rsin, l vr R 2 l vl R 2 l( vr vl ) R 2( v v ) r r v l l l y R cos

9 Inelligen and Mobile Roboics Division Kinemaická rovnice pro obecný pohon SSO SSO SSO y SSO x y x y x y x ) cos( ) sin( 0 ) sin( ) cos( diferenciál úhlu oočení sin cos d d v y d v x z čehož inegrací: ) ( ) ( 1 ))sin ( ) ( ( 2 1 ))cos ( ) ( ( 2 1 d v v l d v v y d v v x l r l r l r po dosazení zákl. pohybové rce pro diferenciální pohon: SSO R P() P(+δ) ω

10 Inelligen and Mobile Roboics Division Kaegorie pohybu mobilního robou I Generická úloha: přesun z počáečního do koncového savu, sav q je popsán: x,y,θ, popř. v x, v y, ω a jejich derivacemi (zobecněné souřadnice) 3 ypy úloh: 1. Plánování cesy Globální meoda Určuje posloupnos zlomových bodů (waypoins) pro cesu od počáečního do cílového savu Respekuje překážky v prosředí a další omezení 2. Generování rajkorie Je lokální meoda pro plánvání rasy bez ohledu na překážky podél zlomových bodů rajekorie Zohledňuje kinemaická omezení robou, časová omezení, rychlos, minimalizaci spoř. energie a jiné konsrukce účelové funkce pro generování rajekorie Výsupem je časová funkce savů robou q = q() (zobecněná souřadice robou)

11 Inelligen and Mobile Roboics Division Kaegorie pohybu mobilního robou II 3. Řízení nejnižší úroveň realizace rajekorie užiím ZPV, reguluje sav robou a je rojího druhu: Sabilizace v bodě dosažení a udržení dané cílové polohy bez ohledu na rajekorii sar cíl Sledování cesy dosažení žádané rajekorie a navigace podél ní, bez časových podmínek, pohyb po cesě jako funkce parameru s sar paramer s cesa Sledování rajekorie - dosažení žádané rajekorie, kerá je fcí času a navigace podél ní v daném čase rajekorie paramer

12 Inelligen and Mobile Roboics Division Kaegorie pohybu mobilního robou Generování rajekorie

13 Inelligen and Mobile Roboics Division Použié senzory I LIDAR 2D měření vzdálenosi laserovým paprskem Vysoká přesnos měření (v řádech až ± mm), dosah v řádu x10 m Jednoznačné směrování měřicího svazku Měření v rovině - problemaické udržení horizonu senzoru ( pohled do podlahy nebo sropu ) Vniřní signálové zpracování (průměrování několika měření, zráa signálu, ad.) rig TX (LD) číač RX (FD) laser paprsek objek vzdálenos, úhel polopropusné zrcadlo Princip LIDARu (TOF)

14 Inelligen and Mobile Roboics Division Použié senzory II Odomerie (Dead Reckoning) Měření ujeé vzdálenosi a změny úhlu z oáček kol robou (jednolivé pohony) Jednoduché provedení (IRC čidla, počíání pulsů krok. mooru) Přijaelná přesnos, nebezpečí prokluzu kola při akceleraci, nárazu, znečišění. Ideální pro vrdé povrchy a velmi enká kola Přesnos v řádu %

15 Inelligen and Mobile Roboics Division Použié senzory III Deekor zájmových objeků (min) simulovaný senzor Dodává seznam poloh (v radiálních souřadnicích vůči robou) deekovaných objeků ve vymezené deekční oblasi. Objeky vzájemně neodlišuje. deekční zóna deekoru robo pozice všech objeků v deekční zóně v polární s.s.

16 Inelligen and Mobile Roboics Division Zadání úlohy: ( viz. hp://descares/par ) Mobilní robo je umísěn do umělého prosředí (bludišě) do po čáeční pozice. Srukura prosředí je mu předem neznámá. Úkolem je naléz (zmapova) pozice daných objeků - min, j. výsupem je seznam pozic nalezených objeků. V jednom okamžiku se v bludiši nacházejí 2 nezávisle pracující roboy. Senzorické vybavení robou: - odomerie (nejprve bezchybná, následně se zahrnuím náhodných chyb) - 2D laserový dálkoměr - deekor hledaných objeků (min) Akuáory: - levý, pravý moor (úhlová a dopředná rychlos) Hodnocení cílového chování robou: - poče alokovaných objeků ve sanoveném časovém inervalu - penalizace za najeí na hledaný objek - penalizace za kolize (s objeky prosředí a/nebo druhým roboem) - penalizace za vícenásobné hlášení objeku (miny)

17 Inelligen and Mobile Roboics Division Jak dosáhnou očekávaného výsledku?... řešením jednolivých podúloh: - lokalizace robou, zjišťování okamžié polohy vůči prosředí - vyváření jednoduché mapy (modelu prosředí) - generování plánů činnosi (explorace) prosředí s využiím znalosi z mapy k nalezení min (sysemaické, náhodné) - realizace plánu řízení rajekorie robou - řešení robusnosi vůči náhodným jevům (nejisoa v určení odomerie, neočekávaný výsky druhého robou, ad.)... řeši nebudeme: - řízení robou na úrovni pohonů - managemen HW robou

18 Inelligen and Mobile Roboics Division Příklad siuace dle zadání

19 Inelligen and Mobile Roboics Division Procesní diagram činnosi robou: vlákno senzory vlákno explorace lokalizace model prosředí (mapa) plánování činosi čení senzorů posloupnos povelů

20 Inelligen and Mobile Roboics Division Příklad chování, možné řešení úlohy

21 Inelligen and Mobile Roboics Division