Robótica Avanzada

• Profesorado
• Horas semanales
• Competencias
• Objetivos
• Contenidos
• Actividades
• Metodología docente
• Método de evaluación
• Bibliografía
• Capacidades previas

Profesorado

Responsable

• Isiah Zaplana Agut ( )

Otros

• Anais Garrell Zulueta ( )

Horas semanales

Competencias

Competencias Transversales

Transversales

• CT1 - Emprendimiento e innovación. Conocer y entender la organización de una empresa y las ciencias que rigen su actividad; tener capacidad para entender las normas laborales y las relaciones entre la planificación, las estrategias industriales y comerciales, la calidad y el beneficio.
• CT2 - Sostenibilidad y Compromiso Social. Conocer y comprender la complejidad de los fenómenos económicos y sociales típicos de la sociedad del bienestar; tener capacidad para relacionar el bienestar con la globalización y la sostenibilidad; lograr habilidades para utilizar de forma equilibrada y compatible la técnica, la tecnología, la economía y la sostenibilidad.
• CT3 - Comunicación eficaz oral y escrita. Comunicarse de forma oral y escrita con otras personas sobre los resultados del aprendizaje, de la elaboración del pensamiento y de la toma de decisiones; participar en debates sobre temas de la propia especialidad.
• CT5 - Uso solvente de los recursos de información. Gestionar la adquisición, la estructuración, el análisis y la visualización de datos e información en el ámbito de especialidad y valorar de forma crítica los resultados de dicha gestión.
• CT8 [Avaluable] - Perspectiva de género. Conocer y comprender, desde el propio ámbito de la titulación, las desigualdades por razón de sexo y género en la sociedad; integrar las diferentes necesidades y preferencias por razón de sexo y de género en el diseño de soluciones y resolución de problemas.

Básicas

• CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
• CB5 - Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía

Competencias Técnicas

Específicas

• CE15 - Adquirir, formalizar y representar el conocimiento humano en una forma computable para la resolución de problemas mediante un sistema informático en cualquier ámbito de aplicación, particularmente los relacionados con aspectos de computación,percepción y actuación en ambientes o entornos inteligentes.
• CE17 - Desarrollar y evaluar sistemas interactivos y de presentación de información compleja y su aplicación a la resolución de problemas de diseño de interacción persona-computadora y persona-robot.
• CE24 - Concebir, diseñar y construir sistemas robóticos inteligentes con aplicación en entornos de producción y de servicios, capaces de interactuar con personas, colaborativos y sociales.
• CE25 - Concebir, diseñar e integrar robots móviles con capacidad de navegación autónoma, formación de flotas e interacción con humanos.
• CE26 - Diseñar y aplicar técnicas de procesado y análisis de imágenes y visión por computador en el ámbito de la inteligencia
• CE28 - Planificar, concebir, desplegar y dirigir proyectos, servicios y sistemas en el ámbito de la inteligencia artificial, liderando su puesta en marcha y su mejora continua y valorando su impacto económico y social.

Competencias Técnicas Genéricas

Genéricas

• CG3 - Definir, evaluar y seleccionar plataformas hardware y software para el desarrollo y la ejecución de sistemas, servicios y aplicaciones informáticas en el ámbito de la inteligencia artificial.
• CG4 - Razonar, analizando la realidad y diseñando algoritmos y formulaciones que la modelen. Identificar problemas y construir soluciones algorítmicas o matemáticas válidas, eventualmente nuevas, integrando el conocimiento multidisciplinar necesario, valorando distintas alternativas con espíritu crítico, justificando las decisiones tomadas, interpretando y sintetizando los resultados en el contexto del dominio de aplicación y estableciendo generalizaciones metodológicas a partir de aplicaciones concretas.
• CG5 - Trabajar en equipos y proyectos multidisciplinares relacionados con la inteligencia artificial y la robótica, interactuando fluidamente con ingenieros/as y profesionales de otras disciplinas.
• CG6 - Identificar oportunidades para aplicaciones innovadoras de la inteligencia artificial y la robótica en entornos tecnológicos en continua evolución.
• CG7 - Interpretar y aplicar la legislación vigente, así como especificaciones, reglamentos y normas en el ámbito de la inteligencia artificial.
• CG8 - Observar un ejercicio ético de la profesión en todas sus facetas, aplicando criterios éticos en el diseño de sistemas,algoritmos, experimentos, utilización de datos, de acuerdo con los sistemas éticos recomendados por los organismos nacionales e internacionales, con especial énfasis en seguridad, robustez, privacidad, transparencia, trazabilidad, prevención de sesgos (de raza, género, religión, territorio, etc.) y respeto a los derechos humanos.
• CG9 - Afrontar nuevos retos con una visión amplia de las posibilidades de la carrera profesional en el ámbito de la Inteligencia Artificial. Desarrollar la actividad aplicando criterios de calidad y mejora continua, y actuar con rigor en el desarrollo profesional. Adaptarse a los cambios organizativos o tecnológicos. Trabajar en situaciones de carencia de información y/o con restricciones temporales y/o de recursos.

Objetivos

1. Aprender a programar robots y diseñar aplicaciones robóticas.
   Competencias relacionadas: CE24, CE25, CE26, CG4, CG6, CG8, CG9, CT1, CT5, CB3, CB5, CE15, CE17,
2. Ser potencial d'emetre judicis que incloguin una reflexió sobre temes rellevants d'índole social, científica o ètica, relacionats amb la robòtica actual i les seves aplicacions.
   Competencias relacionadas: CE28, CG5, CG6, CG7, CG8, CT2, CT3, CT8,
3. 
   Aprendre a coordinar accions entre robots.
   Competencias relacionadas: CG3, CG5, CG6, CT3, CT5, CE15, CE17,
4. Ser capaz de fusionar distintas fuentes de información para obtener, formalizar y representar el entorno físico de forma computable para la resolución de problemas.
   Competencias relacionadas: CE24, CE25, CG3, CG5, CG6, CG8, CT2, CT5, CB3, CB5, CE17,
5. Aplicación de técnicas de Visión por Ordenador a Sistemas Robóticos
   Competencias relacionadas: CE24, CE25, CE26, CG4, CG5, CG6, CT5, CE15,
6. Aplicación de técnicas de Inteligencia Artificial a Sistemas Robóticos
   Competencias relacionadas: CE24, CE26, CE28, CG4, CG5, CG9, CT3, CT5, CE15, CE17,
7. Creación de sistemas de interacción entre robots y humanos
   Competencias relacionadas: CE24, CE25, CE26, CE28, CG3, CG4, CG5, CG6, CG7, CG8, CG9, CT1, CT3, CT5, CT8, CE15, CE17,

Contenidos

1. Introducción
   Se repasarán los contenidos que se alcanzaron en la asignatura anterior Introducción a la robótica.
2. Introducción a la planificación de movimientos -- El espacio de configuraciones.
   Planificación de trayectorias versus planificación de movimientos. Cinemática directa e inversa. Definición geométrica y topológica del espacio de configuraciones de un robot manipulador.
3. Soluciones al problema de la planificación de movimientos basadas en campos de potencial.
   Discretización del espacio de configuraciones de un robot manipulador. Campos de potencial repulsivos y atractivos. Funciones sin mínimos locales: funciones de navegación y funciones armónicas.
4. Soluciones al problema de la planificación de movimientos basados ¿¿en muestreo.
   Tipos de muestreo (random, Halton, SDK, etc.). Métodos basados ¿¿en mapas de carreteras, Probabilistic Road Maps (PRMs), y árboles de exploración, Randomly Exploring Rapid Trees (RRTs) y su aplicación a problemas de planificación de movimientos. Mejoras de los planificadores básicos (PRM con muestreo gaussiano, RRT-CONNECT, RRT*).
5. Planificación de tareas.
   Planificación de movimientos teniendo en cuenta las restricciones impuestas por las tareas. Modelización de trabajos con grafos dirigidos. Lenguaje STRIPS y PDDLs. Algoritmos de búsqueda y búsqueda guiadas por heurísticas. Algoritmo FF.
6. Robótica cognitiva.
   Ontologías. Tipos de ontologías y razonamiento basado en ontologías. Árboles de comportamiento, Behaviour Trees (BTs).
7. Cinemática de robots móviles.
   Cinemática diferencial, restricciones diferenciales impuestas por las ruedas y el concepto de robots holonómicos y no holonómicos (repaso). Cinemática diferencial, relación entre la velocidad de una plataforma robótica y las restricciones diferenciales impuestas por una sola rueda, cinemática diferencial directa e inversa para un robot móvil específico con ruedas.
8. Dinámica de robots móviles.
   Dinámica de un robot móvil. Modelización de la dinámica.
9. Percepción de los robots móviles.
   Tipo de sensores. Propagación del error. Visual Servoing.
10. Localización de robots móviles.
    Introducción a la ubicación basada en mapas. Repaso de la teoría de probabilidades. Enfoque de Markov. Enfoque del filtro de Kalman. El problema de SLAM. SLAM-EKF, FastSLAM, GraphSlam.
11. Planificación de rutas para robot móviles.
    Introducción, representaciones, evitación de colisiones. Campos potenciales. Ejemplo resuelto. Construcción de grafos, búsqueda en grafos. Conceptos aplicados a robótica móvil.

Actividades

Actividad Acto evaluativo

Metodología docente

Método de evaluación

Bibliografía

Básica:

• 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
  

Capacidades previas