Introdução à Robótica
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O documento apresenta uma introdução à robótica, definindo o que é um robô de acordo com a ISO 8373:2012 e discutindo as aplicações da robótica em veículos autônomos, exploração espacial e drones. Também aborda brevemente o mercado de trabalho em robótica e perfis profissionais comuns.
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- 1. Introdução a Robótica Prof. Gustavo Avellar Mestre em Engenharia Elétrica Sinais e Sistemas – Robótica
- 13. O que é um robô? 13
- 14. ISO 8373:2012 2.1 manipulador máquina cujo mecanismo consiste em uma série de segmentos com movimento de rotação ou linear entre si, com o propósito de pegar e/ou mover objetos (peças ou ferramentas) em vários graus de liberdade. 2.2 autonomia habilidade de realizar tarefas baseado no estado atual e em sensores, sem intervenção humana. 2.4 reprogramável criado de forma que os movimentos programados possam ser modificados sem alterações físicas. 2.5 multipropósito capaz de ser adaptado para aplicações diferentes sem alterações físicas. Fonte: iso.org 14
- 15. ISO 8373:2012 2.6 robô mecanismo atuado programável em dois um mais eixos com um grau de autonomia, movimentando-se em seu espaço de trabalho para realizar tarefas. 2.9 robô industrial manipulador controlado automaticamente, reprogramável e multipropósito, programável em três ou mais eixos, podendo estar fixo ou móvel, para uso em aplicações de automação industrial. 2.13 robô móvel robô capaz de se deslocar sob seu próprio controle. Fonte: iso.org 15
- 16. ISO 8373:2012 2.14 sistema robótico sistema composto por robôs e outras máquinas, equipamentos, ferramentas, dispositivos e sensores que apoiam o robô na realização das tarefas. 2.16 robótica Ciência e prática de projetar, desenvolver, fabricar e utilizar robôs. Fonte: iso.org 16
- 17. ISO 8373:2012 2.26 robô colaborativo robô projetado para interação com pessoas 2.27 cooperação troca de informações e ações entre múltiplos robôs para garantir que seus movimentos em conjunto efetivamente contribuam para realização de tarefas 2.28 robô inteligente robô capaz de realizar tarefas através da leitura de sensores e interagindo com outras fontes externas e adaptando seu comportamento. Fonte: iso.org 17
- 19. • Tecnologia • Computadores • Matemática • Ciência • Física • Engenharia • Arte DiversãoRobótica Fonte: robotshop.com (adaptado) 19
- 21. • Cargas pesadas • Ambiente Radioativo • Temperatura • Pressão Ambiente Inseguro • Velocidade • Precisão • Repetibilidade Humanamente Impossível • Custo de mão de obra • Aproveitamento do tempoComodidade 21
- 22. Robótica: para quê? Carros Autônomos 22
- 23. 23
- 24. 2 bilhões minutos/dia 70 anos (expectativa de vida) 55 vidas /dia 114 minutos/ trabalhador/dia no trânsito 17 milhões de trabalhadores 2 bilhões minutos/dia Fonte: FIRJAN 24
- 26. Sensores Lasers, radares e câmeras detectam objetos em todas as direções Interior Feito para passageiros, não para motoristas Baterias Fornecem energia para o veículo Formato Maximiza o campo de visão dos sensores Computador Software e hardware específicos para direção autônoma Sistemas de Backup Atuam em caso de falhas nos sistemas de direção, frenagem, computador e outros Fonte: google.com/selfdrivingcar 26
- 28. Robótica: para quê? Exploração espacial 28
- 34. 34
- 38. 38
- 39. 39
- 40. 40
- 48. O problema mais importante que surge destas representac¸˜oes ´e como encontrar uma matriz de rotac¸˜ao a partir dos trˆes ˆangulos de Euler ou dos ˆangulos roll, pitch e yaw. A soluc¸˜ao para este problema ser´a necess´aria no estudo da cinem´atica inversa dos manipuladores rob´oticos. Gustavo Avellar Rob´otica 06/ 09/ 2016 12 / 17 48
- 49. 49
- 50. Robótica Mercado e Perfil Profissional 50
- 54. 54
- 55. Researcher/Robotics Software Engineer (Self-Driving Car) Software Engineering - Mountain View, CA, USA Responsibilities Work with world-class experts in the field of autonomous vehicles and advance the state of the art in areas such as computer vision, sensor fusion, machine learning, object tracking, and motion planning Qualifications Minimum qualifications: • MS degree in Robotics, Computer Science or equivalent practical experience. • Experience in hands-on robotics research and expertise in one or more of the following: computer vision, LIDAR, object tracking, sensor fusion, perception, machine learning, motion planning, and control • Experience in data structures and advanced algorithms • Experience programming in C++ Preferred qualifications: • PhD in Robotics, Computer Science or equivalent field • Experience with field robotics and systems design • Experience with robust, safety-critical, efficient code. 55
- 56. Software Engineer Advanced Technologies Center, Pittsburgh, PA Core Skills We're looking for strong, capable software developers with a range of skills. In particular, experience with Python, C++, Linux, and related technologies are a plus. Bonus Skills • 3D graphics/OpenGL • Embedded systems development • Algorithm development • Autonomous vehicle & general robotics • Computer vision • Classification & prediction • Amazon Web Services • Distributed and large scale computing • Game programming • Metrics & data analysis 56
- 57. Software Engineer / Robotics Engineer Waltham, Massachusetts For this position we are seeking a hard working individual with experience developing, debugging and optimizing real-time software for implementing closed-loop feedback control on the world’s most advanced walking robots. We require a Bachelors or Masters degree in computer science or engineering and significant hands-on experience developing, testing, and debugging software for real-time sensing and control. Strong interpersonal, speaking and writing skills are required. We desire experience ranging from concept through build, test, debug, redesign, production and delivery. We are looking for experience in several of the following areas: • C, C++ programming for real-time control and sensor processing • QNX or Linux in embedded real-time systems • CVS or Mercurial • Code control discipline • Digital signal processing • Device drivers for interfacing to control and sensing hardware • Networking and peripheral interfaces 57
- 58. Software Perception Engineer Waltham, Massachusetts We are seeking a Robotics Engineer to give our legged robots the ability to navigate through forests and across mountains. Combining state of the art sensors with unusually mobile robots, and working with perception experts from multiple organizations, our projects offer the opportunity to make autonomous systems work on high profile, outdoor robots. The ideal candidate has experience participating in hands-on robotics research and expertise with motion planning and LIDAR/vision processing. He or she should be a MS, PhD, or highly-skilled BS, and should have a strong software engineering background, including knowledge of C++, python, object oriented design, and experience on a team delivering real systems. Examples of excellent practical experience include: calibrating cameras, model building from point clouds, data fusion for localization, object tracking, and getting a robot from here to there in the real world. Our engineers write lots of software, conduct sensor experiments, test robots on rough terrain in the rain and snow, communicate results to experts and laymen, operate with the team to pull off high- profile demos, and develop innovative solutions to new problems every day. 58
- 59. Obrigado! Perguntas? Prof. Gustavo Avellar Mestre em Engenharia Elétrica Sinais e Sistemas – Robótica
Notas do Editor
- Se engana quem pensa que idéias sobre robôs são novas.
- Ideias sobre robôs não são exclusividade do século 20. Há várias histórias na mitologia grega, romana e hebraica que contam sobre gigantes construídos a partir do barro, bronze ou outros materiais e eram comandados para proteção de cidades e outras tarefas
- Século 15 –Leonardo da Vinci estuda o corpo humano e cria um projeto de humanoide operado através de um sistema de roldanas. Não chegou a construir, mas depois que os desenhos foram descobertos na década de 50, várias replicas foram construídas
- Século 19 – Nicola Tesla desenvolve um barco controlado por ondas de rádio.
- Nos anos 1920 o termo Robô foi cunhado por Karel Capek em sua peça ”Robôs Universais Rossum”. Robô vem da palavra tcheca robota, que quer dizer trabalho forçado, escravo.
- Robôs industriais vem sendo desenvolvidos desde 1938 e largamente utilizados em linhas de produção desde os anos 70.
- Nos anos 2000 ocorreram as provas do Grande Desafio DARPA, em que os veículos deveriam percorrer um trajeto de quase 300 km no deserto, sem ajuda humana.
- No campo dos robôs móveis, ainda temos o exploradores que estão sendo enviados para marte desde os anos 90: 1997: Sujourner Peso: .11.5kg Missão: Previsto 7 sols – Realizado: 83 sols 2003: Spirit e Opportunity Peso: 185kg Missão: Previsto 90 sols – Realizado: 2623 sols (Spirit) 4524 sols (Opportunity) 2012: Curiosity Peso: 899 kg Missão: Previsto 668 sols – Realizado1493 sols
- Na Lua e em Marte não tem GPS! Como um robô pode se localizar?
- Mais recentemente, dezenas de companhias invadiram o mercado com drones domésticos que podem ser utilizados para lazer e trabalho.
- Enquanto militares e institutos de pesquisa vem utilizando-os extensivamente desde o final da década de 80, desde o advento do GPS
- Robótica é a interseção de quatro grandes áreas.
- Mas eu prefiro pensar que a robótica é a junção de tecnologia, engenharia, matemática e um monte do outras coisas com diversão.
- Problema: acidentes matam mais de 1.3 milhões de pessoas por ano 94% destes acidentes são causados por erros humanos 20% do espaço das cidades é utilizado para estacionar mais de um bilhão de carros
- E se pudéssemos reaproveitar esse tempo de uma forma melhor ao mesmo tempo em que retiramos o pior fator de erro dessa equação?
- O carros nas ruas já são em parte robôs: 1. Relatório de condições da estrada – enviado para outros carros 2. ACC – Piloto Automático adaptativo 3. Sistema anticolisão omnidirecional 4. Sistema de prevenção de mudança de faixa 5. Baliza automática 6. Sensores de ponto cego 7. Ajuste de velocidade de curva.
- Solução: melhora a vida das pessoas mudando a forma como nos transportamos mais segurança mais comodidade, podemos fazer outras coisas enquanto nos deslocamos não é necessário aprender a dirigir
- 50-60 mm usd - lançamento do falcon 9 um dos mais baratos do mercado Combustível: apenas 200 mil dólares foguete reutilizado 1000 vezes: custo do lançamento cairia para 50 mil usd
- Como saber para onde o robô está indo?
- Filtro de Kalman Predição – Medição – Atualização Isso era feito antes de existir GPS! Navegação por corpos celestes, como era feito no tempo da navegação! O GPS é apenas mais uma medida de posicionamento!
- Recentemente várias demonstraram interesse em realizar entregas auxiliadas por drones: Amazon, Domino’s, etc
- A proposta da Zipline é cobrir Ruanda com uma rede de entregas de medicamentos e bolsas de transfusão. Estradas precárias Redução no tempo de acesso a medicamentos e transfusões de 4 horas para 15 minutos
- The SUV's hard drives boot up, its censors come to life, and it's ready to roll. Here's how Stanley works. – J.D. 1. GPS antenna The rooftop GPS antenna receives data that has actually traveled twice into space – once to receive an initial position that is accurate up to a meter, and a second time to make corrections. The final reading is accurate up to 1 centimeter. 2. Laser Range Finder So-called lidar scans the terrain 30 meters ahead and to either side of the grill five times a second. The data is used to build a map of the road. 3. Video camera The video camera scans the road beyond the lidar's range and pipes the data back to the computer. If the lasers have identified drivable ground, software looks for the same characteristics in the video data, extending Stanley's vision to 80 meters and permitting safe acceleration. 4. Odometry To contend signals blocked by, say, a tunnel or mountain, a photo sensor in the wheel well monitors a pattern imprinted on Stanley's wheels. The data is used to determine how far Stanley has moved since the blackout. The onboard computer can then track the vehicle's position based on its last known GPS location.
- Sistema de medição inercial: inspiração na natureza
- Novamente temos o problema do fator humano atrapalhando as coisas...
- No final tudo se resume a usar os sensores para perceber o mundo a nossa volta.
- Com essas informações, nossos robôs podem saber onde estão localizados no mundo. E a partir daí podem tomar suas decisões.
- A ferramenta básica para isso é a matriz de transformação homogênea, que contem dados de posição e orientação dos objetos em relação aos referenciais.
- A tecnologia cria novas oportunidades de trabalho enquanto muda os mercados existentes. Muitos achavam que a adoção do caixa eletrônico pelos bancos seria o fim dos empregos dos bancários. O fato é que o uso do caixa eletrônico e outras formas de acesso digital reduziu os custos de operação para as empresas, permitindo a abertura de mais agências e capilarizando ainda mais o acesso.