Douglas T. Calegari e José Agripino Duarte

Análise de Sistemas UFMS 2010

Robótica

Definições

História

Tipos de Robôs

Questões Éticas

Robótica

Ramo da tecnologia que estuda o

“design, construção e uso de máquinas (robôs) para executar tarefas tradicionalmente feitas

por seres humanos”

Encyclopædia Britannica Online

Robô

“Máquina formada por um mecanismo, incluindo diversos graus de liberdade, na

maioria das vezes tendo a aparência de um ou diversos braços terminando num pulso capaz de segurar ferramentas, peças ou

dispositivos.”

ISO 9283(1998)

Robô

Uma máquina que lembra o ser humano e executa vários atos comple-

xos de um ser humanoDicionário Webster

ISO 9283

É o padrão usado atualmente pela indústria.

Visa facilitar o entendimento entre usuários e fabricantes.

Define características de funcionamento de um robô.

Recomenda como realizar 14 testes para verificar se o robô obedece a especificação.

Autômato

Máquina, aparelho ou dispositivo que executa certos trabalhos ou funções,

comumente efetuados por uma pessoa.

Robótica x Automação

Automação é a tecnologia que se

preocupa com o uso de sistemas

mecânicos/elétricos/computacionais

para controlar um processo de produção

História

350 a.C: O matemático grego Arquitas cria “O Pombo”, pássaro de madeira movido a vapor

Século XVIII: Jacques de Vancanson cria o andróide flautista e “O Pato”, pato mecânico que come e defeca, entre outros organismos mecânicos

História

Século XX: O termo “robô” (robota) surge pela primeira vez em 1921 na peça teatral Russum'sUniversal Robots, de Karel Capek

O termo se popularizou pelo escritor IssacAsimov (foto) na obra de ficção “I, Robot” (Eu,Robô) de 1950.

Três Gerações da Robótica

Primeira Geração

Robôs Manipuladores

Segunda Geração

Robôs Perceptivos

Terceira Geração

Robôs Adaptativos e Inteligentes (IA)

Primeira Geração

Joseph Engelberger cria em 1960 o Unimate(foto) e inaugura a robótica industrial.

Segunda Geração

Hilare – 1977

O Hilare era capaz de andar em ambientes com obstáculos parcialmente conhecidos.

Terceira Geração

AIBO, o cão robô criado em 1999 pela Sony, que não só interage com o dono como também “amadurece” com ele.

Quanto as Características Físicas

Robôs Manipuladores

Robôs Móveis (com ou sem rodas)

Bípedes

Quadrúpedes

Hexápodes

Humanóides

Bípedes com cabeça, tronco e membros

Quanto a Aplicação

Industrial

Pesquisa

Militar

Segurança

Hobby ou Entretenimento

Doméstico e pessoal.

Manipuladores

Geralmente fixados em uma base com um braço atuador

Manipuladores

Componentes Básicos

Manipulador

Atuador

Controle

Fornecimento de Energia

Manipuladores

Controle

Possui 3 tipos:

Não servo

○ Não possui sensores. É mais simples

Servo

○ Possui sensores nas juntas e atuadores

Servo com controle de caminho

○ Armazena milhares de pontos na trajetória

Robôs Móveis

Robôs móveis são capazes de locomover-se no ambiente em que

estão inseridos.

Robôs Móveis

Um robô móvel pode ser decomposto em:

Um mecanismo para fazer o robô locomover-se.

Um ou mais computadores para controlar o robô.

Sensores com os quais o robô obtém informação do ambiente.

Robôs Móveis

Autonomia é a habilidade de tomar suas

próprias decisões e agir.

Pode ser:

Completa

Parcial

Robôs Móveis

Robôs Autônomos

Três perguntas básicas em robótica móvel:

Onde estou?

Onde eu estou indo?

Como eu chego lá?

Robôs Móveis

Onde estou?

Localização consiste em determinar a posição do robô no ambiente, utilizando informações adquiridas pelos sensores

Robôs Móveis

Onde eu estou indo?

Significa conhecer sua posição objetivo.

A posição objetivo depende da tarefa a ser executada.

A tarefa é informada por um ser humano ou inferida pelo robô, dependendo de sua autonomia.

Robôs Móveis

Como eu chego lá?

O robô precisa planejar sua trajetória, determinando um caminho no ambiente entre a posição inicial e a posição final, evitando obstáculos.

Robôs Móveis

Para responder as 3 perguntas o robô deve

Ter um modelo do ambiente (fornecido ou construído autonomamente).

Perceber e analisar o ambiente.

Encontrar sua posição no ambiente.

Planejar e executar seus movimentos.

Robôs Móveis

Exemplos

Sojourner: primeiro robô em Marte

Robôs Móveis

ASIMO - Anda sobre superfícies irregulares, reconhece pessoas, abre portas e responde a comandos de voz

Robôs Móveis

Inteligência Artificial

Foco no conhecimento, modelos internos, e raciocínio/planejamento.

1980s robótica desenvolveu técnicas mais apropriadas => controle comportamental e híbrido.

Robôs Móveis

Arquitetura baseada em modelo

Inteligência artificial clássica.

Modelagem completa.

Baseado em função.

Decomposição horizontal.

Robôs Móveis

Arquitetura baseada em modelo

Percepção

Localização/Mapeamento

Cognição/Planejamento

Controle de movimento

Sensores Atuadores

Robôs Móveis

Arquitetura baseada em Comportamento

Descoberta de Área

Comunicação

Detectar Alvo

Evitar Obstáculos

Seguir parede E/D

Σ AtuadoresSensores

Coordenação/

Fusão

Robôs Móveis

Estratégias de Controle

Controle Reativo não pensa, (re)age.

Controle Deliberativo pensa primeiro, age depois.

Controle Híbrido

Pensa e age independentemente, em paralelo.

Robôs Móveis

Controle com Redes Neurais

Módulo

Sensor

Módulo

Controle

Módulo

Atuador

Robôs Móveis

Sensores

Percepção Coletar informação sobre o mundo.

Sensor – um dispositivo elétrico/mecânico/químico que mapeia um atributo do ambiente para uma medida quantitativa.

Robôs Móveis

Sensores (quanto ao tipo de informação)

Sensores proprioceptivos: medem valores internos do sistema (velocidade do

motor, direção do robô, carga da bateria)

Sensores exteroceptivos: adquirem informação sobre o ambiente (distância de

objetos, intensidade da luz do ambiente)

Robôs Móveis

Sensores de direção

Proprioceptivos (giroscópio, inclinomêtro) ou

exteroceptivos (bússola).

Usados para determinar a orientação e a

inclinação dos robôs.

Robôs Móveis

Sensores de proximidade

Servem para indicar se o robô está próximo

de algum objeto do mundo.

Informação de proximidade - Elemento chave para localização e modelagem do ambiente.

Robôs Móveis

Atuadores

Os atuadores utilizados em robótica móvel são classificados em função da energia que utilizam para funcionarem.

Os três principais tipos de atuadores são: Pneumáticos

Hidráulicos.

Elétricos.

Atuadores

Robótica Educacional

Por ter um caráter multidisciplinar

(eletrônica, mecânica e computação) a

robótica é usada como ferramenta de

aprendizado

Robótica Educacional

Lego Mindstorms

Robótica Educacional

Programação para NXT (Lego)

NXC – Not eXactly C (Não Exatamente C)

NQC – Not Quite C (Não Muito C)

Programação para o microcontroladorPIC

Questões Éticas

Robôs mais Humanos

Ficção

Questões Éticas

Robôs mais Humanos

Realidade

Questões Éticas

Futuro

Alguns estudiosos acreditam que no futuro haverão robôs tão inteligentes quanto os seres humanos

Questões Éticas

Consequências

Máquinas podem ter emoções?

Máquinas podem ser conscientes? (IA Forte x IA Fraca)

Terão direitos como os seres humanos?

Podem representar um perigo para o homem?

Limitações tecnológicas deixam essas questões para o futuro

Bibliografia

Prof. Reinaldo Bianchi - Centro Universitário da FEI