Robòtica Avançada

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

Professorat

Responsable

• Isiah Zaplana Agut ( )

Altres

• Anais Garrell Zulueta ( )

Hores setmanals

Competències

Competències Transversals

Transversals

• CT1 - 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 - 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.
• CT3 - Comunicació eficaç oral i escrita. Comunicar-se de forma oral i escrita amb altres persones sobre els resultats de l'aprenentatge, de l'elaboració del pensament i de la presa de decisions; participar en debats sobre temes de la pròpia especialitat.
• CT5 - Ús solvent dels recursos d'informació. Gestionar l'adquisició, l'estructuració, l'anàlisi i la visualització de dades i informació en l'àmbit de l'especialitat i valorar de forma crítica els resultats d'aquesta gestió.
• 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.

Bàsiques

• CB3 - Que els estudiants tinguin la capacitat de reunir i interpretar dades rellevants (normalment dins la seva àrea d'estudi) per emetre judicis que incloguin una reflexió sobre temes rellevants d'índole social, científica o ètica.
• CB5 - Que els estudiants hagin desenvolupat aquelles habilitats d'aprenentatge necessàries per emprendre estudis posteriors amb un alt grau d'autonomia

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.
• CE26 - Dissenyar i aplicar tècniques de processat i anàlisi d'imatges i visió per computador en l'àmbit de la intel·ligència artificial i la robòtica
• 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. Aprendre a programar robots i a dissenyar aplicacions robòtiques.
   Competències relacionades: CB5, CT1, CT5, CG4, CE15, CE17, CE24, CE25, CE26, CB3, CG6, CG8, CG9,
2. 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: CT2, CT3, CT8, CE28, CG5, CG6, CG7, CG8,
3. Aprendre a coordinar accions entre robots.
   Competències relacionades: CT3, CT5, CE15, CE17, CG3, CG5, CG6,
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: CB3, CB5, CT2, CT5, CE17, CE24, CE25, CG3, CG5, CG6, CG8,
5. Aplicació de tècniques de Visió per Ordinador a Sistemes Robòtics
   Competències relacionades: CT5, CE15, CE24, CE25, CE26, CG4, CG5, CG6,
6. Aplicació de tècniques d'Intel·ligència Artificial a Sistemes Robòtics
   Competències relacionades: CT3, CT5, CE15, CE17, CE24, CE26, CE28, CG4, CG5, CG9,
7. Creació de sistemes d'interacció entre robots i humans
   Competències relacionades: CT3, CT5, CT8, CE15, CE17, CT1, CE24, CE25, CE26, CE28, CG3, CG4, CG5, CG6, CG7, CG8, CG9,

Continguts

1. Introducció
   Es repasaran els continguts que es van assolir a l'assignatura anterior Introducció a la robòtica.
2. Introducció a la planificació de moviments -- L'espai de configuracions.
   Planificació de trajectòries versus planificació de moviments. Cinemàtica directa i inversa. Definició geomètrica i topològica de l'espai de configuracions d'un robot manipulador.
3. Solucions al problema de la planificació de moviments basats en camps de potencial.
   Discretització de l'espai de configuracions d'un robot manipulador. Camps de potencial repulsius i atractius. Funcions sense mínims locals: Funcions de navegació i funcions harmòniques.
4. Solucions al problema de la planificació de moviments basats en mostreig.
   Tipus de mostreig (random, Halton, SDK, etc.). Mètodes basats en mapes de carreteres, Probabilistic Road Maps (PRMs), i arbres d'exploració, Randomly Exploring Rapid Trees (RRTs) i la seva aplicació a problemes de planificació de moviments. Millores dels planificadors bàsics (PRM amb mostreig gaussià, RRT-CONNECT, RRT*).
5. Planificació de tasques.
   Planificació de moviments tenint en compte les restriccions imposades per les tasques. Modelització de tasques amb grafs dirigits. Llenguatge STRIPS i PDDLs. Algoritmes de cerca i cerca guiades per heurístiques. Algoritme FF.
6. Robòtica cognitiva.
   Ontologies. Tipus d'ontologies i raonament basat en ontologies. Arbres de comportament, Behaviour Trees (BTs).
7. Cinemàtica de robots mòbils.
   Cinemàtica diferencial, restriccions diferencials imposades per les rodes i el concepte de robots holonòmics i no holonòmics (repàs). Cinemàtica diferencial, relació entre la velocitat d'una plataforma robòtica i les restriccions diferencials imposades per una sola roda, cinemàtica diferencial directa i inversa per a un robot mòbil específic amb rodes.
8. Dinàmica de robots mòbils.
   Dinàmica d'un robot mòbil. Modelització de la dinàmica.
9. Percepció dels robots mòbils.
   Tipus de sensors. Propagació de l'error. Visual Servoing.
10. Localització de robots mòbils.
    Introducció a la ubicació basada en mapes. Repàs de la teoria de probabilitats. Enfocament de Markov. Enfocament del filtre de Kalman. El problema de SLAM. SLAM-EKF, FastSLAM, GraphSlam.
11. Planificació de rutes per robot mòbils.
    Introducció, representacions, evitació de col·lisions. Camps potencials. Exemple resolt. Construcció de grafs, cerca en grafs. Conceptes aplicats a robòtica mòbil.

Activitats

Activitat Acte avaluatiu

Metodologia docent

Mètode d'avaluació

Bibliografia

Bàsica:

• Principles of robot motion : theory, algorithms, and implementation - Choset, Howie M, MIT Press, 2005. ISBN: 9780262033275
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991002885219706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1
• Robotics : modelling, planning and control - Siciliano, Bruno, Springer, cop. 2010. ISBN: 978-1-84996-634-4
  https://discovery.upc.edu/discovery/fulldisplay?docid=alma991003961269706711&context=L&vid=34CSUC_UPC:VU1
• Introduction to autonomous mobile robots - Siegwart, Roland; Nourbakhsh, Illah Reza; Scaramuzza, Davide, MIT Press, 2011. ISBN: 9780262015356
  
• Introduction to AI robotics - Murphy, R.R, The MIT Press, 2019. ISBN: 9780262348157
  

Capacitats prèvies