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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Agosto 2008
1
Prof. Fernando Santos Prof. Fernando Santos OsórioOsório –– GrupoGrupo SEERSEER
Email: Email: fosoriofosorio [at] { [at] { icmcicmc. . uspusp. . brbr , , gmailgmail. com }. com }
Web: http://www.icmc.usp.br/~fosorio/Web: http://www.icmc.usp.br/~fosorio/
http://www.icmc.usp.br/~lrm/http://www.icmc.usp.br/~lrm/
http://www.icmc.usp.br/~posgrad/sistemas_embarcados.htmlhttp://www.icmc.usp.br/~posgrad/sistemas_embarcados.html
USP - ICMC – SSC / PG-CCMC SSC 5887 (ISR) - 1o. Semestre 2009
Disciplina de
Introdução aos Sistemas Robóticos
SSC-5887
Aula 02Aula 02
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Agosto 2008
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Disciplina ISRPesquisas em Robótica Móvel – Prof. Osório
Agenda:
1. Controle Robótico Inteligente
2. Controle REATIVO: Evitar Obstáculos, Seguir ParedesSimulador Khepera-SIM
3. Controle DELIBERATIVO: Planejamento de TrajetóriasSimulador SimRob2DPlanejamento com o A*
4. Controle HÍBRIDO: Mapas, Obstáculos desconhecidosSimulador Seva2DSimulador SimRob3D – Arquitetura COHBRASimulador Seva3D
5. Aprendizado de Máquina (Machine Learning)Redes Beurais, Algoritmos Genéticos + Simulação FísicaSimulador Seva3D, LegGen, RoBombeiros
6. Visão Computacional: Bavegação Visual
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Agosto 2008
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Arquiteturas de Controle Robótico
Controle Reativo
Controle Deliberativo
Controle Hierárquico
Controle Híbrido
Controle Robótico Inteligente
MIT - OCW
Decision
Mapas, Localização
Planejamento, Execução da Navegação
Desvio de Obstáculos Conhecidos e Desconhecidos
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Agosto 2008
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Simuladores: Modelos Sensoriais, de Atuadores e de Controle
KHEPERA-SIM
SIMROB2D
SEVA2D
SIMROB3D
SEVA3D
ODE: LegGen
RoBombeiros
Player-Stage
Gazebo
JuiceMSF Robotics Studio
Controle Robótico Inteligente
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Robótica Autônoma Inteligente
Simuladores [Clássicos]
Simulador do Khepera / SIM 2.0 Unix / Olivier Mitchell / IBRIA Sophia Antipolis
1997/98
Agosto 2008
5Sensores: 8 IR / Atuadores: 2 motores com cinemática diferencial / Mapas Editáveis
Controle Robótico Inteligente: Reativo
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Simulador do Khepera Robô Khepera
Agosto 2008
6 > 2 DC brushed servo motors with incremental encoders
> 8 infrared proximity and ambient light sensors (SFH900)
Controle Robótico Inteligente: Reativo
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
SIMROB2D – Planejamento de Trajetórias
Referência: Farlei Heinen (Orientador: Fernando Osório )Robótica Autônoma: A integração entre planificação e comportamento reativo. 2000.
Sensores: 5 IR / Atuadores: 2 motores (diferencial)
Agosto 2008
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Controle Robótico Inteligente: Deliberativo
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
A* – Planejamento de Trajetórias [Tutorial SBGames 2007]
Agosto 2008
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Controle Robótico Inteligente: Deliberativo
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
SEVA2D – Simulador de Estacionamento de Veículos Autônomos 2D
Agosto 2008
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Sensores: 6 sensores de proximidadeAtuadores: atuador de direção (steering) e de aceleração (gas pedal) + frente/réCinemática do tipo Ackerman (veículo) / Sem simulação da dinâmica do veículo
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
Farlei Heinen
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
SIMROB3D – Simulador de Robôs 3D / Controle Híbrido COHBRA
Agosto 2008
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Sensores: Bumper, IR ou Sonar (configurável pelo usuário)Atuadores: Cinemática diferencial ou Ackerman (configurável pelo usuário)
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
Farlei Heinen
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
SIMROB3D – Simulador de Robôs 3D / Controle Híbrido COHBRA
Agosto 2008
11 Sensores: Bumper, IR ou Sonar (configurável pelo usuário)Atuadores: Cinemática diferencial ou Ackerman (configurável pelo usuário)
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
SIMROB3D – Simulador de Robôs 3D / Controle Híbrido COHBRA
Agosto 2008
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Sensores: Bumper, IR ou Sonar (configurável pelo usuário)Atuadores: Cinemática Diferencial ou Ackerman (configurável pelo usuário)
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
PROBLEMAS:
* Desvio de Obstáculos
- Obstáculos conhecidos- Obstáculos desconhecidos (parados)- Obstáculos desconhecidos (em movimento)
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
PROBLEMAS:
* Posicionamento
- Qual a posição atual do robô?- Como garantir que após me deslocar ainda sei onde o robô está?- Erro e Imprecisão: Translação / Rotação
Farlei Heinen
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER Controle Robótico Inteligente: Híbrido
ArquiteturaCOHBRA
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Simulação com o SimRob3D
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Simulação em Ambiente Estático com Localização Monte Carlo
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Simulação em Ambiente Estático com Localização Monte Carlo
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Simulação em Ambiente Alterado em Relação a Representação Interna
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Simulação em Ambiente com Obstáculos Móveis
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Relocalização com Monte Carlo
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
SEVA3D – Simulador de Estacionamento de Veículos Autônomos 3D
Agosto 2008
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Sensores: Sonar (configurável pelo usuário) e OdômetroAtuadores: Cinemática AckermanUsual: 6 sonares com posições específicas, odômetro, controle de velocidade e de giro da direção
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
Milton Heinen
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
SEVA3D – Simulador de Estacionamento de Veículos Autônomos 3D
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Sensores: Sonar (configurável pelo usuário) e OdômetroAtuadores: Cinemática Ackerman (velocidade e giro da direção)
Searching Parking Space Positioning Outside Entering
Positioning Inside Aligning
Controle Robótico Inteligente: Híbrido
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
LegGen – Simulador Robôs Articulados com Patas
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Simulação Física usando a ODE
Sensores: Acelerômetro (XYZ), Bumber (nas patas), OdômetroAtuadores: Controle dos Motores das JuntasSimulação: Cinemática e Dinâmica do Movimento (gravidade, inércia, fricção, colisão, torque, etc)
Controle Robótico Inteligente:Aprendizado de Máquina
Milton Heinen
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
RoBombeiros – Simulador Robôs para Combate à Incêndios
Agosto 2008
25 Simulação Física usando a ODE
Controle Robótico Inteligente:Aprendizado de Máquina
Gustavo Pessin
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
RoBombeiros – Simulador Robôs para Combate à Incêndios
Agosto 2008
26 Simulação Física usando a ODE
Controle Robótico Inteligente:Aprendizado de Máquina
Gustavo Pessin
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Player – Stage - Gazebo
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Controle Robótico Inteligente:Aprendizado de Máquina
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Player – Stage - Gazebo
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Controle Robótico Inteligente:Aprendizado de Máquina
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Navegação Visual
Seqüência de Imagens previamente ArmazenadasRota de Navegação Visual: Banco de Imagens (BI)IR = Imagem de Referência // ICR = Imagem Capturada pelo Robô
Correlação entre Imagens do BI e ICRGeração de Comando (set-point):
Esquerda, Direita ou Avançar
Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
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Jones, Laugier
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Navegação Visual: NCC - Norm. Cross-Correlation[Matsumoto et al. 1996]
[Righes 2004, 2005]
Matlab Code
IR:Imagem de Referência
ICR:Imagem CapturadaPelo Robô
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Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
[Righes 2004][Righes 2005]
Navegação VisualNavegação Visual: NCC - Norm. Cross-Correlation
Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
Agosto 2008
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
OmnidirectionalCameras
Navegação VisualNavegação Visual: Image Match
Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Navegação Visual
Mobile Robot Localization and Mapping with Uncertainty using Scale-Invariant Visual Landmarks
Stephen Se, David Lowe, Jim Little (UBC, CA)
Algoritmo:SIFT
ReferenceInt. Journal of Robotics ResearchVol. 21, Bo. 8, August 2002, pp. 735-758,
OpenCVOpenCV
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Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Navegação Visual
Sistema de Visão para Veículos Aéreos Não Tripulados
Correlação entre
imagem de satélite
e imagem aérea
(helicóptero)
Resultados
não foram bons !
Mas...
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Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
Rafael Klaser
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Navegação Visual
Referencial
Correlação entre imagens
do helicóptero
(cruzamento da rota)
Sistema de Visão
para Veículos Aéreos
Não Tripulados
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Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
Rafael Klaser
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Referêncial e
Deslocamento
Correlação entre imagens
do helicóptero
(cruzamento da rota)
Navegação VisualNavegação Visual
Sistema de Visão
para Veículos Aéreos
Não Tripulados
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Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Referêncial e
Deslocamento
Correlação entre imagens
do helicóptero
(cruzamento da rota)
Navegação VisualNavegação Visual
Sistema de Visão
para Veículos Aéreos
Não Tripulados
Agosto 2008
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Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Comboio de Veículos (Follow Me)
Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
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C.R.Jung, F.Heinen, C.Kelber
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USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Detecção das Bordas da Pista – Prof. Cláudio Jung
Lane Follow
Controle Robótico Inteligente:Visão Computacional
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C.R.Jung
USP – ICMC – SSC5887 - Turma 2009/1Introdução aos Sistemas RobóticosProf. Fernando Osório – Grupo SEER
Agosto 2008
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IBFORMAÇÕES SOBRE A DISCIPLIBA
USP USP -- Universidade de São Paulo Universidade de São Paulo -- São Carlos, SPSão Carlos, SPICMC ICMC -- Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação
SSC SSC -- Departamento de Sistemas de ComputaçãoDepartamento de Sistemas de Computação
Prof. Fernando Santos OSÓRIOProf. Fernando Santos OSÓRIO
Web institucional: Http://www.icmc.usp.br/ssc/Web institucional: Http://www.icmc.usp.br/ssc/
Página pessoal: Http://www.icmc.usp.br/~fosorio/Página pessoal: Http://www.icmc.usp.br/~fosorio/
EE--mailmail: : fosoriofosorio [[atat] ] icmcicmc. . uspusp. . brbr ou ou fosoriofosorio [[atat] ] gmailgmail. com. com
Disciplina de Robôs Móveis AutônomosDisciplina de Robôs Móveis Autônomos
Web Disciplinas: Http://www.icmc.usp.br/~fosorio/Web Disciplinas: Http://www.icmc.usp.br/~fosorio/
Web Web CoTeiaCoTeia: Http://coteia.icmc.usp.br/mostra.: Http://coteia.icmc.usp.br/mostra.phpphp??identident=575=575
> Programa, Material de Aulas, Critérios de Avaliação,> Programa, Material de Aulas, Critérios de Avaliação,
> Material de Apoio, Trabalhos Práticos> Material de Apoio, Trabalhos Práticos