introducción - departamento de informática usmnoell/smmc/mat2006/cap1.pdf · un conocimiento...

1

Introducción

Seminario de Modelo y MétodosCuantitativos

Teddy Alfaro O.

Area de la Robótica

• ¿Qué es un robot?• En qué se utiliza la robótica• ¿Qué áreas involucra?• ¿Cómo lo relacionamos con la Informática• y ciencia de la computación?

2

¿Qué es un robot?

Un robot es ...

• No existe una definición única• “manipulador programable y multifuncional

diseñado para mover materiales, partes,herramientas o dispositivos específicosmediante movimientos programados pararealizar diferentes tareas” [Instituto deRobótica de América]

3

Tipos de Robots

• Robots manipuladores (brazos)• Robots móviles• Robots “híbridos” (móviles con

manipulación)• Vehículos autónomos• Robots caminantes

- 2 patas (humanoides)- 4, 6 o más patas (animales, insectos)

4

Algunos problemas en robóticamóvil

• Brecha teórico-práctica• Necesidad de un trabajo Multidisciplinario• Complejidad de percepción de entorno• Sistema de posicionamiento adecuado• Controlabilidad (errores, equilibrio,

estabilidad)

Aplicaciones• Manufactura y manejo de materiales• Ambientes hostiles• Exploración espacial e interplanetaria• Robots de servicio• Telepresencia y realidad virtual• Militares y operaciones de rescate• Ambientes submarinos• Estudios fisiológicos y cognitivos• Entretenimiento y juegos• Cirugías Médicas

5

Algunos Robots• SOUJOURNER, vehículo de

turismo lunar a control remoto• ROBODOC, empleado en cirugía

para operaciones de cadera• CYPHER, un helicóptero robot de

uso militar• el guardia de tráfico japonés

ANZEN TARO• el PIONEER, encargado de la

limpieza en la central nuclear deChernobyl

• DANTE II, que exploró el volcán Mt.Spurr en Alaska

• P3 de Honda, que mide 1,60 m,pesa 130 Kg. y es capaz de subir ybajar escaleras, abrirpuertas, pulsar interruptores eincluso empujar vehículos

• submarino robótico GARBI• el helicóptero inteligente ROBTET• el robot de cuatro patas RHIMO• el recolector de naranjas AGRIBOT• unidad magnética SACON para

soldar brechas en los grandesbarcos petroleros

• los robots mascota de Sony• Kit de robótica Lego MindStorm• Kit de robótica HandyBorad del

MIT• Kit khepera

Áreas del Conocimiento

• Ingeniería mecánica• Ingeniería eléctrica / electrónica• Control• Computación-Informática• Inteligencia artificial• Matemáticas• Psicología, zoología, neurociencias

6

La Brecha• Equilibrio Teórico-Práctico• Problemas

– Simulaciones sobre ambientes ideales– Construcción basada en el diseño pero con unaprogramación limitada

• Hoy se disponen de sistemas empotrados con lasuficiente capacidad de procesar lenguajes de altonivel.

• Un programa básico no es suficiente, se requiere deun conocimiento algorítmico más profundo (técnicas,heurísticas, estructuras de datos avanzadas,programación de hebras, etc.)

“inteligencia”• Algunas tareas de un robot móvil:

– Integrar/interpretar la información de sus sensores– Navegación (evitar obstáculos, ir a cierto lugar - meta)– Planificación (decidir la serie de pasos para cumplir

una omás metas)– Construir modelos del ambiente (mapas)– Localizarse en el mundo (en el mapa)– Reconocer lugares y/o objetos– Manipular objetos– Comunicarse con otros agentes: computadoras, otros

robots,personas

7

Grupos y competencias• Robocup Junior• Small Size robot soccer• Legged robot soccer (aibos)• Advanced and Lego competition• Competencias Robótica Generales

“participar en una competencia de robótica es laexcusa perfecta para investigar e intercambiarideas con otros pares de una manera sana yentretenida”

El desafío de la Robótica• El desafío es tecnología autónoma capaz de tomar

decisiones a través de un adecuado procesamiento dela información.

• Requiere necesariamente de un trabajo conjunto desus principales áreas:– Mecánica– Electrónica– Informática

• El rol de un informático se transforma en esencial• Robot con “inteligencia computacional”

8

Navegación & Motion Planning• La característica de los robot móviles es su

navegación• Se requiere de un sistema de navegación y una

planificación de movimientos de manera deejecutar alguna tarea determinada

• Motion planning es uno de los campos másimportantes en el estudio de robot móvilesautónomos

• Se el considera un problema NP-Hard o Pspace-completo

Navegación

• La navegación se puede descomponer en:– Percepción del Mundo– Planificación de Ruta y Objetivos– Generación de Caminos– Seguimiento de Camino

9

Tipos de Comportamiento

• Una navegación podría ser– Reactiva– Deliberativa– Híbrida

• En general se ataca en dos fases– Etapa de Modelamiento: Disminución decomplejidad del ambiente– Etapa de Resolución: entregar una respuestareal basada en el modelo

Aplicaciones de MP

• Mobile Robots– Moverse en ambiente con obstáculos– Si es optimización: Shortest Path, Path Finder– Criterios: largo ruta, claridad, suavidad, etc.– Consideración de restricciones Holonómicas– Espacio en 3D es de mayor complejidad– Colaboración explorativa de robot (scanner)

10

Aplicaciones de MP

• Artificial Life and Games– Simulación de comportamientos de la

naturaleza– Desplazamientos y colaboración de agentes,Flocking– Desplazamiento en juegos

Aplicaciones MP

• Virtual prototyping– Movidas complejas de objetos rígidos– Validación de diseños– Ensamblaje y desensamblaje de estructuras

11

Aplicaciones de MP

• Bio-Informatics– Es exitosamente probado en aplicaciones

como: protein folding, ligand binding, RNA folding,

Neuro cortex generation,• Desplazamientos de objetos deformables• Simulación de animación humana• Cirugía Médica• Cálculo de rutas sobre mapas y cartas

Visualizaciones

• Algunos videos• Animación Lego• Un software para ver la dificultades de laplanificación de movimientos

12