Crèdits
6
Tipus
- GRAU: Optativa
- GCED: Optativa
Requisits
Aquesta assignatura no té requisits
, però té capacitats prèvies
Departament
ESAII
Professorat
Responsable
- Josep Fernàndez Ruzafa ( josep.fernandez@upc.edu )
Competències
Treball en equip
- G5.1 - Capacitat de col·laborar en un entorn unidisciplinar. Identificar els objectius del grup i col·laborar en el disseny de l'estratègia a seguir i del pla de treball per a aconseguir-los. Identificar les responsabilitats de cada component del grup i assumir el compromís personal de la tasca assignada. Avaluar i presentar els resultats propis. Identificar el valor de la cooperació i intercanviar informació amb els altres components del grup. Intercanviar informació sobre el progrés del grup i proposar estratègies per millorar-ne el funcionament.
Actitud adequada davant el treball
- G8.3 - Estar motivat pel desenvolupament professional, per a afrontar nous reptes i per la millora contínua. Tenir capacitat de treball en situacions de falta d'informació.
Competències tècniques comunes
- CT1.1A - Demostrar coneixement i comprensió dels conceptes fonamentals de la programació i de l'estructura bàsica d'un computador. CEFB4. Coneixement dels fonaments de l'ús i de la programació dels computadors, dels sistemes operatius, de les bases de dades i, en general, dels programes informàtics amb aplicació a l'enginyeria.
- CT1.1B - Demostrar coneixement i comprensió dels conceptes fonamentals de la programació i de l'estructura bàsica d'un computador. CEFB5. Coneixement de l'estructura, funcionament i interconnexió dels sistemes informàtics, i dels fonaments de la seva programació.
- CT1.2A - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB1: capacitat per a resoldre els problemes matemàtics que es plantegin en la enginyeria. Aptitud per a aplicar els coneixements sobre: àlgebra, càlcul diferencial i integral i mètodes numèrics; estadística i optimització.
- CT1.2B - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB2. Capacitat per a comprendre i dominar els fonaments físics i tecnològics de la informàtica: electromagnetisme, ones, teoria de circuits, electrònica i fotònica i la seva aplicació per a la resolució de problemes propis de l'enginyeria.
- CT1.2C - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB3. Capacitat per a comprendre i dominar els conceptes bàsics de matemàtica discreta, lògica, algorísmica i complexitat computacional, i la seva aplicació per al tractament automàtic de la informació mitjançant sistemes computacionals i la seva aplicació per a la resolució de problemes propis de l'enginyeria.
- CT2.1 - Demostrar coneixement i capacitat d'aplicació dels principis, metodologies i cicles de vida d'enginyeria del software.
- CT2.5 - Dissenyar i avaluar interfícies persona-computador que garanteixin l'accessibilitat i la usabilitat als sistemes, als serveis i a les aplicacions informàtiques.
- CT3.5 - Identificar les possibilitats d'ús i els beneficis que pot aportar l'aplicació en les diferents tipologies de software empresarial i serveis TIC existents.
- CT3.6 - Demostrar coneixement de la dimensió ètica a l'empresa: la responsabilitat social i corporativa en general i, en particular, les responsabilitats civils i professionals de l'enginyer en informàtica.
- CT4.1 - Identificar les solucions algorísmiques més adequades per a resoldre problemes de dificultat mitjana.
- CT4.2 - Raonar sobre la correcció i l'eficiència d'una solució algorísmica.
- CT4.3 - Demostrar coneixement i capacitat d'aplicació dels principis fonamentals i de les tècniques bàsiques dels sistemes intel·ligents i de la seva aplicació pràctica.
- CT5.2 - Conèixer, dissenyar i utilitzar de forma eficient els tipus i les estructures de dades més adients per a la resolució d'un problema.
- CT5.3 - Dissenyar, escriure, provar, depurar, documentar i mantenir codi en un llenguatge d'alt nivell per a resoldre problemes de programació aplicant esquemes algorísmics i utilitzant estructures de dades.
- CT5.4 - Dissenyar l'arquitectura dels programes utilitzant tècniques d'orientació a objectes, de modularització i d'especificació i implementació de tipus abstractes de dades.
- CT5.5 - Usar les eines d'un entorn de desenvolupament de software per a crear i desenvolupar aplicacions.
- CT5.6 - Demostrar coneixement i capacitat d'aplicació dels principis fonamentals i de les tècniques bàsiques de la programació paral·lela, concurrent, distribuïda i en temps real.
- CT8.1 - Identificar tecnologies actuals i emergents i avaluar si són aplicables, i en quina mesura, per a satisfer les necessitats dels usuaris.
Especialitat enginyeria del software
- CES1.2 - Donar solució a problemes d'integració en funció de les estratègies, dels estàndards i de les tecnologies disponibles.
- CES1.8 - Desenvolupar, mantenir i avaluar sistemes de control i de temps real.
- CES2.1 - Definir i gestionar els requisits d'un sistema software.
- CES2.2 - Dissenyar solucions apropiades en un o més dominis d'aplicació, utilitzant mètodes d'enginyeria del software que integrin aspectes ètics, socials, legals i econòmics.
Especialitat enginyeria de computadors
- CEC2.1 - Analitzar, avaluar, seleccionar i configurar plataformes hardware per al desenvolupament i l'execució d'aplicacions i serveis informàtics.
Especialitat computació
- CCO1.1 - Avaluar la complexitat computacional d'un problema, conèixer estratègies algorísmiques que puguin dur a la seva resolució, i recomanar, desenvolupar i implementar la que garanteixi el millor rendiment d'acord amb els requisits establerts.
- CCO1.3 - Definir, avaluar i seleccionar plataformes de desenvolupament i producció hardware i software per al desenvolupament d'aplicacions i serveis informàtics de diversa complexitat.
- CCO2.1 - Demostrar coneixement dels fonaments, dels paradigmes i de les tècniques pròpies dels sistemes intel·ligents, i analitzar, dissenyar i construir sistemes, serveis i aplicacions informàtiques que utilitzin aquestes tècniques en qualsevol àmbit d'aplicació.
- CCO2.2 - Capacitat per a adquirir, obtenir, formalitzar i representar el coneixement humà d'una forma computable per a la resolució de problemes mitjançant un sistema informàtic en qualsevol àmbit d'aplicació, particularment en els que estan relacionats amb aspectes de computació, percepció i actuació en ambients o entorns intel·ligents.
- CCO3.1 - Implementar codi crític seguint criteris de temps d'execució, eficiència i seguretat.
- CCO3.2 - Programar considerant l'arquitectura hardware, tant en asemblador com en alt nivell.
Objectius
-
Conèixer els elements que formen un sistema robot, les diferents alternatives, i el seu funcionament.
Competències relacionades: G7.1, CEC2.1, G7.2, G7.3, G8.3, CT1.2B, -
Conèixer l'evolució, estat actual i tendències de la robòtica.
Competències relacionades: G7.1, CES2.1, CES2.2, CT8.1, CT5.2, CT5.4, CT5.5, G7.2, G7.3, G8.3, CT5.3, CT5.6, -
Conèixer les diferents formes de programació del robots i les seves característiques.
Competències relacionades: CT5.2, CT5.4, CT5.3, CT1.1B, CT1.1A, -
Conèixer i saber diferenciar els diferents nivells de planificació i control del moviment del robot.
Competències relacionades: CEC2.1, CT1.2A, CT1.2C, CCO2.1, CT4.1, CT4.2, CCO2.2, CCO3.1, CCO3.2, CT4.3, CT5.6, CT1.2B, -
Conèixer les tècniques que permeten definir, calcular i generar trajectòries adequades per als robots, i la seva implementació algorítmica.
Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CCO1.1, CCO1.3, CT4.1, CT4.2, CT4.3, CT1.1B, CT1.1A, -
Conèixer els sensors i sistemes de percepció per a la interacció amb l'entorn per les aplicacions més freqüents
Competències relacionades: G7.1, G7.2, G7.3, G8.3, CT1.2B, -
Conèixer la problemàtica i les estratègies de la navegació de vehicles guiats i autònoms
Competències relacionades: CEC2.1, CT1.2A, CT1.2C, CCO2.1, CT4.1, CT4.2, CT5.2, CT5.4, CCO2.2, CCO3.1, CCO3.2, CT4.3, CT5.3, CT5.6, CT1.1B, CT1.1A, -
Saber com s'utilitzen les tècniques de planificació en el camp de la robòtica
Competències relacionades: CT1.2A, CT1.2C, CT4.1, CT4.2, CT5.2, CT5.4, CT5.5, CT4.3, CT5.3, CT5.6, CT1.1B, CT1.1A, -
Conèixer els requeriments sensorials dels robot mòbils
Competències relacionades: G7.1, CT2.5, G7.2, G7.3, G8.3, CT1.2B, -
Conèixer els requeriments de les aplicacions més habituals de la robòtica i saber discriminar quines tasques són susceptibles de ser robotitzades.
Competències relacionades: G9.1, G9.3, CT8.1, CT5.2, CT5.4, CT5.5, G9.2, CT5.3, CT5.6, -
Ser capaç d'identificar els requeriments d'una tasca que ha de ser robotitzada
Competències relacionades: G9.1, G9.3, CT5.2, CT5.4, CT5.5, G9.2, CT5.3, CT5.6, CT1.2B, -
Saber programar i utilitzar els robots per donar solució a la tasca proposada
Competències relacionades: G9.1, G9.3, CT5.2, CT5.4, G9.2, CT5.3, CT1.1B, CT1.1A, -
Saber integrar la informació subministrada pels sensors en el programa del robot
Competències relacionades: G7.1, G9.1, G9.3, CT1.2A, CT1.2C, CT2.1, G5.1, CCO1.1, CCO1.3, CT5.2, CT5.4, CT5.5, G7.2, G7.3, G9.2, CT5.3, CT1.1B, CT1.2B, CT1.1A, -
Saber triar els tipus de sensors necessaris per a cada aplicació
Competències relacionades: G7.1, G9.1, G9.3, CT5.2, CT5.4, CT5.5, G7.2, G7.3, G9.2, CT5.3, CT5.6, CT1.2B, -
Conèixer els factors que incideixen sobre la fiabilitat d'un robot i com minimitzar el seu efecte
Competències relacionades: G9.1, G9.3, G9.2, CT1.2B, -
Conèixer els aspectes relatius a la seguretat de sistemes robòtics
Competències relacionades: G9.1, G9.3, CT5.2, CT5.4, CT5.5, G8.3, G9.2, CT5.3, CT5.6, -
Conèixer la metodologia del desenvolupament d'un projecte de robotització
Competències relacionades: CES1.2, CES2.1, CES2.2, CT3.6, CES1.8, CT3.5, -
Disseny de projectes de robotització d'una tasca determinada
Competències relacionades: G9.1, G9.3, CEC2.1, CES1.2, CES2.1, CES2.2, CT8.1, G5.1, CT3.6, CCO3.1, CCO3.2, G8.3, G9.2, CES1.8, CT3.5,
Continguts
-
Introducció
Robots i Robòtica. Evolució dels robots. Incidència de la robòtica en la societat actual. -
Morfologia del robot.
Components. Estructures i característiques dels robots. -
Cinemàtica dels robots manipuladors
Transformacions geomètriques. Parametres DH. Cinemàtica directa. Cinemàtica Inversa. Cinemàtica diferencial. -
Generació de trajectòries
Camins i trajectòries. Trajectòries a l'espai d'articulacions. Trajectòries a l'espai cartesià. -
Programació i Control del robot
Control a l'espai d'articulacions. Arquitectura de control d'un manipulador. Entorns i llenguatges de programació de robots industrial. -
Robots mòbils
Mecanismos de locomoció. Tipus de robot mòbils. Cinemàtica directa i inversa. Maniobrabilitat. -
Percepció de l'entorn
Classificació dels sensors. Característiques. Sensors de profunditat. Sensors d'orientació. -
Navegació de robots mòbils
Navegació reactiva. Evasió d'obstacles. Planificación basada en mapes. -
Localització del robot mòbil
Sistemes de localització (GPS, US, IR, rutes fixes). Navegació basada en punts de referència. -
Aplicacions de la robòtica
Robòtica Industrial. Robòtica de serveis. Robòtica d'exploració. Robòtica mèdica i assistencial. -
Desenvolupament d'un projecte de robotització
Requeriments. Disseny. Implicacions ètiques i socials. Fiabilitat i seguretat.
Activitats
Activitat Acte avaluatiu
Desenvolupament Tema 1
Participar activament a les sessió presencial. Estudi autònom dels materials proposats. Busqueda d'informació respecte la robòtica, els sistemes robots i les seves aplicacions.Objectius: 2 1
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
1.5h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
1h
Metodologia docent
La metodologia docent de l¿assignatura s'allunya de la divisió convencional entre teoria, problemes i pràctiques per oferir una experiència d'aprenentatge integrada i dinàmica. En les sessions presencials, s'intercalen de manera fluida les activitats d'adquisició de coneixements amb espais de reflexió i una posada en pràctica immediata, facilitant que l'estudiant apliqui els conceptes apresos amb la construcció de models, la simulació i el desenvolupament d'aplicacions per a sistemes robòtics.Com a complement a l'activitat presencials, el procés d'aprenentatge es consolida mitjançant el treball autònom i en equip, centrat en la resolució i lliurament d'exercicis i de projectes d'àmbit global.
Mètode d'avaluació
L'avaluació de l'assignatura es basa en els següents components:1. Mini-projectes de Laboratori
Pràctiques de format reduït que es desenvoluparan durant les sessions de laboratori:
a) MP1: Mini-projecte de Robots Manipuladors.
b) MP2: Mini-projectes de Robots Mòbils.
2. Projectes Globals
Treballs transversals d'aplicació per a cada àmbit de l'assignatura:
a) PG1: Projecte global de Robots Manipuladors.
b) PG2: Projecte global de Robots Mòbils.
3. Exàmens Parcials
Proves teoricopràctiques per avaluar els coneixements de cada bloc:
a) ExParc1: Examen parcial de Robots Manipuladors.
b) ExParc2: Examen parcial de Robots Mòbils.
4. Actitud i Participació
S'avaluarà l'actitud de l'estudiant i la seva implicació envers l'assignatura durant el quadrimestre.
La qualificació final es determina mitjançant la següent fórmula ponderada:
NF= 0.1*Actitud + 0.1*MP1 + 0.2*PG1 + 0.15*ExParc1 + 0.1*MP2 + 0.2*PG2 + 0.15*ExParc2
Bibliografia
Bàsic
-
Robotics, vision and control : fundamental algorithms in Python
- Corke, Peter I,
Springer International Publishing AG,
2023.
ISBN: 9783031064685
https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991005230277706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1 -
Introduction to autonomous mobile robots
- Siegwart, Roland; Nourbakhsh, Illah R.; Scaramuzza, Davide,
MIT Press,
2011.
ISBN: 9780262015356
https://ebookcentral-proquest-com.recursos.biblioteca.upc.edu/lib/upcatalunya-ebooks/detail.action?pq-origsite=primo&docID=3339191 -
Springer handbook of robotics
- Siciliano, B.; Khatib, O,
Springer,
2016.
ISBN: 9783319325521
https://link-springer-com.recursos.biblioteca.upc.edu/book/10.1007/978-3-319-32552-1 -
Fundamentos de robótica
- Barrientos, A. [et al.],
McGraw-Hill,
2007.
ISBN: 9788448156367
https://www-ingebook-com.recursos.biblioteca.upc.edu/ib/NPcd/IB_BooksVis?cod_primaria=1000187&codigo_libro=4101 -
Introduction to AI robotics
- Murphy, R.R,
MIT Press,
2019.
ISBN: 9780262348157
Web links
- Portal de la Xarxa Europea de promoció de la Robòtica tant en l'àmbit formatiu com d'investigació. http://www.euron.org
- Federació Internacional de Robòtica. Entitat que promou, la recerca i desenvolupamnet, l'us i la coperació internacional, en tots els àmbits de la robòtica. http://www.ifr.org
- Portal que agrupa els fabricants i usuaris de sistemes i components robots. http://www.roboticsonline.com/
Capacitats prèvies
Àrea de Matemàtiques* Conèixer i saber aplicar el concepte de derivada i derivada parcial.
* Saber els mètodes elementals de representació gràfica de funcions (asímptotes, màxims, mínims, ...).
* Conèixer les propietats elementals de les funcions trigonomètriques.
* Conèixer els conceptes bàsics de manipulació i operació amb matrius.
Àrea de Física
* Conèixer el conceptes i les lleis bàsiques de l'electricitat, el magnetisme i l'electromagnetisme (llei de Coulomb, llei d'Ohm, camp elèctric i magnètic, carga elèctrica, dipol magnètic, potencial elèctric, diferencia de potencial, tensió elèctrica, corrent, resistència i conductància elèctrica, i les seves unitats en el sistema M.K.S.
* Conèixer els trets més significatius del comportament físic dels dispositius semiconductors: la unió PN, el transistor bipolar i el transistor MOS.
Àrea de Programació i Estructura de Dades
* Saber especificar, dissenyar e implementar algoritmes senzills amb un llenguatge de programació imperatiu.
* Saber construir programes correctes, eficients i estructurats.
* Conèixer els conceptes de llenguatges interpretats i llenguatges compilats.
* Conèixer els algoritmes de recerca en estructures de dades (taules, llistes, arbres, ...).
Àrea de Arquitectura i Tecnologia de Computadors
* Conèixer a nivell funcional les diferents portes lògiques.
* Saber analitzar e implementar sistemes lògics combinacionals i seqüencials simples.
* Saber minimitzar i sintetitzar funcions lògiques.
* Conèixer la estructura bàsica d'un computador.
* Conèixer el subsistema de entrada/sortida i interrupcions del computador.
* Conèixer que és un sistema operatiu i les seves funcions.
* Conèixer el concepte de procés, concurrència, i comunicació i sincronització entre processos.