Programowanie robotów mobilnych 0800-AR2ROBMOB

Wykład:

1. Wprowadzenie
a. Podział i budowa robotów mobilnych
b. Problematyka autonomicznej pracy
2. Robot Operating System
a. Programowanie robotów mobilnych
b. Koncepcja ROS
c. Zasada działania ROS
d. Tworzenie nowych węzłów
e. Kompilacja projektu
f. Węzeł publikujący
g. Węzeł subskrybujący
h. Zmienne globalne
i. Środowisko symulacyjne Gazebo
j. Pakiet RViz
3. Kinematyka prosta i odwrotna robotów mobilnych
a. Robot dwukołowy z podparciem
b. Robot trzykołowy z kołami szwedzkimi
c. Robot czterokołowy
d. Robot czterokołowy z kołami szwedzkimi
4. Budowa mapy
a. Siatka zajętości
b. Algorytm mapowania siatki zajętości
5. Lokalizacja
a. Filtr Kalmana
b. Filtr cząsteczkowy
c. Algorytm lokalizacji Monte Carlo
6. Planowanie ścieżki lokalnej
a. BUG1
b. BUG2
c. Algorytm Sztucznych Pól Potencjałowych
d. Algorytm dynamicznego okna
7. Planowanie ścieżki globalnej
a. Algorytm Dijkstra
b. Algorytm A*
c. Algorytm eksplorowania drzew losowych
d. Algorytm mrówkowy
8. SLAM - Simultaneous Localization and Mapping
a. Algorytm FastSLAM

Laboratorium:

1. Prezentacja robota mobilnego Husarion ROSbot 2.0
2. Stworzenie przykładowych węzłów subskrybujących i publikujących
3. Obsługa Gazebo i RViz (tworzenie własnych markerów) na przykładzie robota TurtleBot
4. Implementacja algorytmu planowania ścieżki lokalnej:
a. BUG1/BUG2
b. Algorytm Sztucznych Pól Potencjałowych
c. Algorytm dynamicznego okna
5. Implementacja algorytmu planowania ścieżki globalnej:
a. Algorytm Dijkstra
b. Algorytm A*
6. Implementacja algorytmu lokalizacji Monte Carlo

Zadania wykonywane podczas zajęć laboratoryjnych obejmują implementację systemów sterowania robotami mobilnymi w środowisku Robot Operating System. Następnie dokonywana jest analiza ich działania oraz interpretacja otrzymanych rezultatów.

Całkowity nakład pracy studenta

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (60 godz.): - udział w wykładach – 15 godzin - udział w laboratoriach – 45 godzin Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta (50 godz.): - przygotowanie do wykładu- 5 godzin - przygotowanie do laboratoriów – 15 godzin - pisanie prac, projektów- 15 godzin - czytanie literatury- 15 godzin

Efekty uczenia się - wiedza

W1: zna obszary zastosowań robotów mobilnych oraz ich podział ze względu na konstrukcję – K_W07, K_W10; W2: zna formalizm matematyczny stosowany do opisu kinematyki oraz dynamiki robotów mobilnych – K_W01, K_W02; W3: orientuje się w zagadnieniach kinematyki prostej oraz odwrotnej – KW_02, K_W13; W4: orientuje się w algorytmach i układach kontroli ruchu stosowanych w robotyce mobilnej – K_W04, K_W06, K_W12; W5: orientuje się w zakresie specjalistycznych metod i narzędzi programistycznych używanych przy realizacji zadań sterowania robotów (np. Microsoft Robotics Developer Studio, RoBOSS, Matlab) – K_W02, K_W04, K_W06;

Efekty uczenia się - umiejętności

U1: Potrafi wyszukać informacje w literaturze fachowej oraz dokumentacji technicznej, niezbędne do realizacji zadań projektowych – K_U01, K_U18; U2: Posiada umiejętność syntezy oraz implementacji algorytmów sterowania przeznaczonych do zastosowania w robotyce mobilnej – K_U02, K_U03, K_U12; U3: Potrafi wykorzystywać narzędzia programistyczne do realizacji projektów w obszarze robotyki mobilnej – K_U03, K_U05; U4: Potrafi zastosować zdobytą wiedzę w praktyce inżynierskiej lub badawczej – K_U02, K_U12; U5: Potrafi poprawnie diagnozować i rozwiązywać problemy występujące w trakcie realizacji projektów – K_U04, K_U10; U6: Potrafi przeprowadzić testy robota, a w razie potrzeby korygować opracowane algorytmy – K_U10, K_U11; U7: Umie opracować raport z realizacji zadania projektowego K_U07;

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1: zna ograniczenia związane z konstrukcją i obszarem zastosowania robota mobilnego – K_K01; K2: potrafi samodzielnie znaleźć rozwiązanie problemów projektowych, a w razie konieczności skorzystać w wiedzy eksperckiej – K_K01;

Metody dydaktyczne podające

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące

- projektu
- klasyczna metoda problemowa
- laboratoryjna

Wymagania wstępne

Podstawowa wiedza z zakresu programowania, robotyki, analizy matematycznej oraz algebry.

Koordynatorzy przedmiotu

Rafał Szczepański

Kryteria oceniania

Metody oceniania:
Test wiedzy- W1, W2, W3, W4, U1, K1
Zadanie projektowe- W4, W5, U1 – U7, K2

Kryteria oceniania:
Wykład: zaliczenie na ocenę na podstawie testu wiedzy

Laboratorium: zaliczenie na ocenę na podstawie zadań realizowanych w trakcie laboratorium (5p.) oraz pracy projektowej (5p.)
ndst - 0 - 50% maksymalnej liczby punktów,
dst - 51 - 60% maksymalnej liczby punktów,
dst plus - 61 - 70% maksymalnej liczby punktów,
db - 71 - 80% maksymalnej liczby punktów,
db plus - 81 - 90% maksymalnej liczby punktów,
bdb - 91 - 100% maksymalnej liczby punktów.

Praktyki zawodowe

nie dotyczy

Literatura

Literatura podstawowa:
1. G. A. Kantor, W. Burgard, L. E. Kavraki, S. Thrun "Principles of Robot Motion: Theory, Algorithms, and Implementations", MIT Press, 2005
2. S. Thrun, W. Burgard, D. Fox, "Probabilistic Robotics", MIT Press, 2005
3. P. Corke, "Robotics, Vision and Control: Fundamental Algorithms In MATLAB", Springer, 2017
4. M. Trojnacki, „Modelowanie dynamiki robotów kołowych”, Oficyna wydawnicza PIAP, Warszawa 2013.
5. M. J. Giergiel, Z. Hendzel, W. Żylski, „Modelowanie i sterowanie mobilnych robotów kołowych”, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 2002
6. W. Choromański, I. Grabarek, M. Kozłowski, A. Czerepicki, K. A. Marczuk, "Pojazdy autonomiczne i systemy transportu autonomicznego", Wydawnictwo Naukowe PWN, 2021
Literatura uzupełniająca:
1.K. Berns, E. von Puttkamer, „Autonomous land vehicles”, Vieweg +Teubner, Wiesbaden 2009
2. Z. Hendzel, M. Muszyńska, C. Jagiełowicz-Ryznar, „Rozmyte systemy sterowania mobilnych robotów kołowych”, Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2014
3. W. Żylski, „Kinematyka i dynamika mobilnych robotów kołowych”, Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1996
4. Z. Hendzel, W. Żylski, A. Burghardt, „Autonomiczne mobilne roboty kołowe”, Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2008

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 0800-AR2ROBMOB w USOSweb