Robòtica

• Professorat
• Hores setmanals
• Competències
• Objectius
• Continguts
• Activitats
• Metodologia docent
• Mètode d'avaluació
• Bibliografia
• Web links
• Capacitats prèvies

Professorat

Responsable

• Antonio Benito Martínez Velasco ( )

Altres

• Josep Fernàndez Ruzafa ( )

Hores setmanals

Competències

Competències Transversals

Treball en equip

• G5 [Avaluable] - Ser capaç de treballar com a membre d'un equip, ja sigui com a un membre més, ja sigui realitzant tasques de direcció, amb la finalitat de contribuir a desenvolupar projectes d'una manera pragmàtica i amb sentit de la responsabilitat; assumir compromisos tenint en compte els recursos disponibles.
  • 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 [Avaluable] - Tenir motivació per a la realització professional i per a afrontar nous reptes, tenir una visió àmplia de les possibilitats de la carrera professional en l'àmbit de l'enginyeria en informàtica. Sentir-se motivat per la qualitat i la millora contínua, i actuar amb rigor en el desenvolupament professional. Capacitat d'adaptació als canvis organitzatius o tecnològics. Capacitat de treballar en situacions de carència d'informació i/o amb restriccions temporals i/o de recursos.
  • 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

Competències tècniques comunes

• CT1 - Demostrar coneixement i comprensió de fets essencials, conceptes, principis i teories relatives a la informàtica i a les seves disciplines de referència.
  • 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 - Utilitzar d'una manera apropiada teories, procediments i eines en el desenvolupament professional de l'enginyeria informàtica en tots els seus àmbits (especificació, disseny, implementació, desplegament -implantació- i avaluació de productes) de manera que es demostri la comprensió dels compromisos adoptats a les decisions de disseny.
  • 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 - Demostrar coneixement i comprensió del context organitzatiu, econòmic i legal en el qual es desenvolupa la seva feina (coneixement adequat del concepte d'empresa, del marc institucional i jurídic de l'empresa, d'organització i gestió de les empreses).
  • 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 - Demostrar coneixement i capacitat d'aplicació dels procediments algorísmics bàsics de les tecnologies informàtiques per a dissenyar solucions a problemes, analitzant la idoneïtat i la complexitat dels algorismes
  • 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 - Analitzar, dissenyar, construir i mantenir aplicacions de forma robusta, segura i eficient, triant el paradigma i els llenguatges de programació més adequats.
  • 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 - Planificar, concebre, desplegar i dirigir projectes, serveis i sistemes informàtics en tots els àmbits, liderar-ne la posada en marxa, la millora contínua i valorar-ne l'impacte econòmic i social.
  • CT8.1 - Identificar tecnologies actuals i emergents i avaluar si són aplicables, i en quina mesura, per a satisfer les necessitats dels usuaris.

Competències Tècniques de cada especialitat

Especialitat enginyeria del software

• CES1 - Desenvolupar, mantenir i avaluar serveis i sistemes software que satisfacin tots els requisits de l'usuari, que es comportin de forma fiable i eficient, que tinguin un desenvolupament i un manteniment assequible i que compleixin normes de qualitat aplicant les teories, els principis, els mètodes i les pràctiques d'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 - Valorar les necessitats del client i especificar els requisits software per a satisfer aquestes necessitats, reconciliant objectius en conflicte mitjançant la cerca de compromisos acceptables, dintre de les limitacions derivades del cost, del temps, de l'existència de sistemes ja desenvolupats i de les organitzacions.
  • 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 - Analitzar i avaluar arquitectures de computadors incloent plataformes paral·leles i distribuïdes, i desenvolupar i optimitzar software per a aquestes plataformes.
  • CEC2.1 - Analitzar, avaluar, seleccionar i configurar plataformes hardware per al desenvolupament i l'execució d'aplicacions i serveis informàtics.

Especialitat computació

• CCO1 - Tenir un coneixement profund dels principis fonamentals i dels models de la computació i saber-los aplicar per a interpretar, seleccionar, valorar, modelar i crear nous conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics, relacionats amb la informàtica.
  • 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 - Desenvolupar de forma efectiva i eficient els algorismes i el software apropiats per a resoldre problemes complexos de computació.
  • 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 - Desenvolupar les solucions informàtiques que, considerant l'entorn d'execució i l'arquitectura del computador sobre el qual s'executen, aconsegueixin el millor rendiment.
  • 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

1. 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,
2. 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,
3. Conèixer les diferents formes de programació del robots i les seves característiques.
   Competències relacionades: CT5.2, CT5.4, CT5.3, CT1.1B, CT1.1A,
4. 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,
5. 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,
6. 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,
7. 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,
8. 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,
9. Conèixer els requeriments sensorials dels robot mòbils
   Competències relacionades: G7.1, CT2.5, G7.2, G7.3, G8.3, CT1.2B,
10. 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,
11. 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,
12. 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,
13. 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,
14. 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,
15. 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,
16. 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,
17. Conèixer la metodologia del desenvolupament d'un projecte de robotització
    Competències relacionades: CES1.2, CES2.1, CES2.2, CT3.6, CES1.8, CT3.5,
18. 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

1. Introducció
   Robots i Robòtica. Evolució dels robots. Incidència de la robòtica en la societat actual.
2. Morfologia del robot.
   Components. Estructures i característiques dels robots.
3. Cinemàtica dels robots manipuladors
   Transformacions geomètriques. Parametres DH. Cinemàtica directa. Cinemàtica Inversa. Cinemàtica diferencial.
4. Generació de trajectòries
   Camins i trajectòries. Trajectòries a l'espai d'articulacions. Trajectòries a l'espai cartesià.
5. 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.
6. Robots mòbils
   Mecanismos de locomoció. Tipus de robot mòbils. Cinemàtica directa i inversa. Maniobrabilitat.
7. Percepció de l'entorn
   Classificació dels sensors. Característiques. Sensors de profunditat. Sensors d'orientació.
8. Navegació de robots mòbils
   Navegació reactiva. Evasió d'obstacles. Planificación basada en mapes.
9. Localització del robot mòbil
   Sistemes de localització (GPS, US, IR, rutes fixes). Navegació basada en punts de referència.
10. Aplicacions de la robòtica
    Robòtica Industrial. Robòtica de serveis. Robòtica d'exploració. Robòtica mèdica i assistencial.
11. Desenvolupament d'un projecte de robotització
    Requeriments. Disseny. Implicacions ètiques i socials. Fiabilitat i seguretat.

Activitats

Activitat Acte avaluatiu

Metodologia docent

Mètode d'avaluació

Bibliografia

Bàsica:

• Robotics, vision and control: fundamental algorithms in Matlab - Corke, P.I, Springer, 2017. ISBN: 9783319544120
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991004155909706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• Introduction to autonomous mobile robots - Siegwart, Roland; Nourbakhsh, Illah R.; Scaramuzza, Davide, MIT Press, 2011. ISBN: 9780262015356
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991003957009706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• Springer handbook of robotics - Siciliano, B.; Khatib, O, Springer, 2016. ISBN: 978331932552
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991001471149706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• Fundamentos de robótica - Barrientos, A. [et al.], McGraw-Hill, 2007. ISBN: 9788448156367
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991003225419706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1&lang=ca
• 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