Introducció a la Robòtica

Esteu aquí

Crèdits
6
Tipus
Obligatòria
Requisits
Aquesta assignatura no té requisits, però té capacitats prèvies
Departament
ESAII
Atès que la robòtica es pot definir com la connexió intel·ligent entre la percepció i l'acció, la Intel·ligència Artificial ha de jugar un paper central en aquesta connexió. La robòtica desafia la IA en obligar-la a bregar amb objectes reals en el món real. Això inclou temes com ara el raonament sobre l'espai, la planificació de rutes, la gestió de la incertesa i l'acomodació entre objectes, entre d'altres.
En aquesta assignatura s'exposen els coneixements bàsics sobre els robots manipuladors i mòbils existents al mercat que permeten el seu funcionament, control i programació, amb especial èmfasi en els aspectes de percepció, planificació i actuació. Es donen a conèixer les principals àrees d'aplicació de la robòtica i les seves demandes, tant en l'àmbit industrial com de serveis.

Professorat

Responsable

  • Anais Garrell Zulueta ( )

Altres

  • Joan Aranda López ( )

Hores setmanals

Teoria
2
Problemes
0
Laboratori
2
Aprenentatge dirigit
0
Aprenentatge autònom
6

Competències

Competències Transversals

Transversals

  • CT1 [Avaluable] - Emprenedoria i innovació. Conèixer i comprendre l'organització d'una empresa i les ciències que regeixen la seva activitat; tenir capacitat per entendre les normes laborals i les relacions entre la planificació, les estratègies industrials i comercials, la qualitat i el benefici.
  • CT2 [Avaluable] - Sostenibilitat i Compromís Social. Conèixer i comprendre la complexitat dels fenòmens econòmics i socials típics de la societat del benestar; tenir capacitat per relacionar el benestar amb la globalització i la sostenibilitat; obtenir habilitats per utilitzar de forma equilibrada i compatible la tècnica, la tecnologia, l'economia i la sostenibilitat.
  • CT8 [Avaluable] - Perspectiva de gènere. Conèixer i comprendre, des de l'àmbit de la titulació mateixa, les desigualtats per raó de sexe i gènere en la societat, i integrar les diverses necessitats i preferències per raó de sexe i gènere en el disseny de solucions i la resolució de problemes.

Competències Tècniques

Específiques

  • CE15 - Adquirir, formalitzar i representar el coneixement humà en una forma computable per a la resolució de problemes mitjançant un sistema informàtic en qualsevol àmbit d'aplicació, particularment els relacionats amb aspectes de computació, percepció i actuació en ambients o entorns intel·ligents.
  • CE17 - Desenvolupar i avaluar sistemes interactius i de presentació d'informació complexa i la seva aplicació a la resolució de problemes de disseny d'interacció persona-ordinador i persona-robot.
  • CE24 - Concebir, dissenyar i construir sistemes robòtics intel·ligents amb aplicació en entorns de producció i serveis, capaços d'interactuar amb persones, col·laboratius i socials.
  • CE25 - Concebir, dissenyar i integrar robots mòbils amb capacitat de navegació autònoma, formació de flotes i interacció amb humans.
  • CE28 - Planificar, concebre, desplegar i dirigir projectes, serveis i sistemes en l'àmbit de la intel·ligència artificial, liderant la seva puesta en marxa i la seva millora contínua i valorant el seu impacte econòmic i social.

Competències Tècniques Generals

Genèriques

  • CG3 - Definir, avaluar i seleccionar plataformes maquinari i programari per al desenvolupament i l'execució de sistemes, serveis i aplicacions informàtiques en l'àmbit de la intel·ligència artificial.
  • CG4 - Raonar, analitzant la realitat i dissenyant algoritmes i formulacions que la modelin. Identificar problemes i construir solucions algorísmiques o matemàtiques vàlides, eventualment noves, integrant el coneixement multidisciplinari necessari, valorant diferents alternatives amb esperit crític, justificant les decisions preses, interpretant i sintetitzant els resultats en el context de l'domini d'aplicació i establint generalitzacions metodològiques a partir de aplicacions concretes.
  • CG5 - Treballar en equips i projectes multidisciplinaris relacionats amb la intel·ligència artificial i la robòtica, interactuant fluidament amb enginyers/es i professionals d'altres disciplines.
  • CG6 - Identificar oportunitats per a aplicacions innovadores de la intel·ligència artificial i la robòtica en entorns tecnològics en contínua evolució.
  • CG7 - Interpretar i aplicar la legislació vigent, així com especificacions, reglaments i normes en l'àmbit de la intel·ligència artificial.
  • CG8 - Observar un exercici ètic de la professió en totes les seves facetes, aplicant criteris ètics en el disseny de sistemes, algoritmes, experiments, utilització de dades, d'acord amb els sistemes ètics recomanats pels organismes nacionals i internacionals, amb especial èmfasi en seguretat, robustesa , privacitat, transparència, traçabilitat, prevenció de biaixos (de raça, gènere, religió, territori, etc.) i respecte als drets humans.
  • CG9 - Afrontar nous reptes amb una visió àmplia de les possibilitats de la carrera professional en l'àmbit de la Intel·ligència Artificial. Desenvolupar l'activitat aplicant criteris de qualitat i millora contínua, i actuar amb rigor en el desenvolupament professional. Adaptar-se als canvis organitzatius o tecnològics. Treballar en situacions de carència d'informació i/o amb restriccions temporals i/o de recursos.

Objectius

  1. Conèixer els components d'un robot i què el diferencia d'altres màquines automàtiques.
    Competències relacionades: CG3, CG5, CT2,
  2. Conèixer els diferents tipus de robots presents en el mercat i les seves característiques. Entendre els seus manuals i especificacions, així com reglaments i normes segons la legislació vigent.
    Competències relacionades: CT2, CG3, CG5, CG7,
  3. Conèixer les diferents fonts d'informació sensorial i les seves característiques.
    Competències relacionades: CG3, CG5,
  4. Ser capaç de fusionar diferents fonts d'informació per obtenir, formalitzar i representar l'entorn físic d'una forma computable per a la resolució de problemes.
    Competències relacionades: CT2, CE15, CG4, CG5, CG6, CG8,
  5. Aprendre a programar robots i a dissenyar aplicacions robòtiques.
    Competències relacionades: CT2, CE15, CE17, CE24, CE25, CG4, CG6, CG8, CG9, CT1,
  6. Aprendre a coordinar accions entre robots.
    Competències relacionades: CE15, CE24, CE25, CG4, CG6, CG9, CT1,
  7. Ser capaç d'emetre judicis que incloguin una reflexió sobre temes rellevants d'índole social, científica o ètica, relacionats amb la robòtica actual i els seus potencials aplicacions.
    Competències relacionades: CT8, CE28, CG5, CG6, CT2, CG7, CG8,

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. Robots mòbils
    Mecanismes de locomoció. Tipus de robot mòbils. Cinemàtica directa i inversa. Maniobrabilitat.
  4. Percepció de l'entorn
    Classificació dels sensors. Característiques. Sensors de profunditat. Sensors d'orientació.
  5. Navegació de robots mòbils
    Navegació reactiva. Evasió d'obstacles. Planificació basada en mapes.
  6. Localització del robot mòbil
    Sistemes de localització (GPS, US, IR, rutes fixes). Navegació basada en punts de referència.
  7. Robots manipuladors
    Arquitectures i característiques
  8. Cinemàtica dels robots manipuladors.
    Transformacions geomètriques. Cinemàtica directa i Inversa. Redundància. Singularitats.
  9. Generació de trajectòries
    Camins i trajectòries. Trajectòries a l'espai d'articulacions. Trajectòries a l'espai cartesià.
  10. Programació i Control del robot
    Control a l'espai d'articulacions. Arquitectura de control d'un manipulador. Entorns i llenguatges de programació de robots.
  11. Aplicacions de la robòtica
    Robòtica Industrial. Robòtica de serveis. Robòtica d'exploració. Robòtica mèdica i assistencial.

Activitats

Activitat Acte avaluatiu


Que és un robot?

Robots i Robòtica. Evolució dels robots. Incidència de la robòtica en la societat actual.
Objectius: 1 7
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Morfologia del robot.

Components. Estructures i característiques dels robots.
Objectius: 1 2
Continguts:
Teoria
4h
Problemes
0h
Laboratori
2h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Robots mòbils

Mecanismes de locomoció. Tipus de robot mòbils. Cinemàtica directa i inversa. Maniobrabilitat.
Objectius: 2 5
Continguts:
Teoria
4h
Problemes
0h
Laboratori
4h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
8h

Percepció de l'entorn

Classificació dels sensors. Característiques. Sensors de profunditat. Sensors d'orientació.
Objectius: 3 4
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
4h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
8h

Navegació de robots mòbils

Navegació reactiva. Evasió d'obstacles. Planificació basada en mapes.
Objectius: 4 5
Continguts:
Teoria
4h
Problemes
0h
Laboratori
4h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
8h

Localització del robot mòbil

Sistemes de localització (GPS, US, IR, rutes fixes). Navegació basada en punts de referència
Objectius: 4 5 6
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
4h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
8h

Robots manipuladors

Arquitectures i característiques
Objectius: 2 3
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
2h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Cinemàtica dels robots manipuladors

Transformacions geomètriques. Cinemàtica directa i Inversa. Redundància. Singularitats. Generació de trajectòries
Objectius: 2 5
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
2h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Generació de trajectòries

Camins i trajectòries. Trajectòries a l'espai d'articulacions. Trajectòries a l'espai cartesià.
Objectius: 5 6
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
2h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Programació i Control del robot

Control a l'espai d'articulacions. Arquitectura de control d'un manipulador. Entorns i llenguatges de programació de robots
Objectius: 4 5 6
Continguts:
Teoria
4h
Problemes
0h
Laboratori
6h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
12h

Aplicacions de la robòtica

Robòtica Industrial. Robòtica de serveis. Robòtica d'exploració. Robòtica mèdica i assistencial
Objectius: 5 7
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Resolució d'exercicis

Resolució d'exercicis (entre 3 i 6) avaluables realitzats com a treball personal o en parella
Objectius: 1 2 3 4 5 6 7
Setmana: 1 (Fora d'horari lectiu)
Tipus: entrega
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
30h

Metodologia docent

La metodologia docent serà de forma general de caràcter deductiu. S'intentarà fugir del mètode expositiu/ Lliçó magistral. El plantejament serà sempre el mateix:
• Proposar un problema
• intentar resoldre'l
• afegir les peces de teoria necessàries per poder solucionar el problema de manera adequada.

No es farà distinció entre classes de teoria i problemes, ja que en les sessions d'aula s'intercala la presentació de conceptes i la resolució de problemes d'aplicació. Les classes de laboratori són el complement on els estudiants posen en pràctica els conceptes amb la utilització de simuladors i/o sistemes robòtics reals.

A més de les activitats a l'aula i al laboratori, els estudiants han de resoldre i entregar al professorat per a la seva avaluació un conjunt d'exercicis, que permeten consolidar els coneixements adquirits, ser un mecanisme d'autoavaluació i de treball en equip.

Mètode d'avaluació

L'assignatura s'avaluarà de manera continuada. No es farà examen final.
Al llarg del curs, es demanaran una sèrie d'exercicis que serviran al professor per avaluar l'alumne al final de curs. Aquests exercicis podran ser tant presencials com no presencials i poden consistir en la presentació dels resultats de pràctiques desenvolupades al laboratori (NL), com la resolució teòrica/pràctica de problemes proposats pel professor a classe (NT).

La nota final de l'assignatura es calcularà de la forma: NF=0'6NL+0'4NT

Bibliografia

Bàsica:

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 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.
* 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.