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19/08/2016

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RobóticaProf. Flavio Tonidandel

[email protected]

PROJETO LIEU-FEI

PROJETO LIEU-FEIRobótica

O que é Robótica ?

Robótica

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Robô (1921)

• O termo Robô surge na peça "R.U.R.”, do escritor checo KarelCapek.

• “Robô vem do termo checo “robota”, que significa trabalho forçado.

• Os Robôs eram escravos, criados para satisfazer a vontade dos homens.

• Não eram mecânicos, mas criados por “engenharia genética” (na peça RUR).

©2005 The Tech Museum of Innovation


Metrópolis (1926)

• O filme mudo de Fritz Lang tem

como personagem principal a

robô fêmea Robotrix, a cópia de

uma líder trabalhista.

• Criada para oprimir os

trabalhadores…

http://www.thetech.org/

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Complexo de Frankenstein

• Até esta época autores tinham complexo de Frankenstein.

• Asimov mudou isso:▫ Robbie (1940): A primeira história

com um personagem robô, uma babá que salva uma criança.

▫ Liar (1941): Esta história introduz a primeira psicóloga de robôs, a Dra. Susan Calvin.

Picture from AuthenticSociety.com


Robótica (1942)

• O termo “Robótica” surge na história “Rundaround”,

também de Asimov (1942).▫ Tem o sentido da ciência que estuda a construção de robôs.

• As histórias de Asimov foram coletadas no livro “Eu,

Robô”. Elas também introduziram:▫ O cérebro positrônico: o “precursor” do microprocessador.

▫ As três leis da Robótica.

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As três leis da Robótica (1942)

• 1ª lei: um robô não pode fazer mal a um ser humano e nem

permitir que algum mal lhe aconteça.

• 2ª lei: um robô deve obedecer às ordens dos seres humanos,

exceto quando estas contrariarem a primeira lei.

• 3ª lei: um robô deve proteger a sua integridade física, desde

que com isto não contrarie as duas primeiras leis.

• A implementação destas leis ainda estão além da nossa capacidade tecnológica.


(parênteses na História)

• Mais tarde foi introduzida uma "lei zero": um robô não pode fazer mal à humanidade e nem permitir que ela sofra algum mal.

• A Lei zero não é consenso, até porque ela causa discrepâncias como: ▫ A Lei zero transmite ao robô a possibilidade de avaliar quando

o interesse da humanidade se sobrepõe aos interesses individuais

▫ Com a Lei zero poderia existir a ditadura das máquinas que poderiam decidir, por si só, fazer mal a alguns seres humanos caso entendam que isso é melhor para a humanidade

• A Lei zero inspirou o filme “I, robot”

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Da ficção à realidade: Anos 40

• No final da década de 40 e início da de 50 são iniciadas as primeiras pesquisas com robôs reais.

• 1947: Impulsionados pelo programa da bomba atômica, o Laboratório Nacional em Argonne desenvolve o primeiro manipulador robótico tele-operado.

• 1948: É adicionado um sensor de força ao robô.

• 1951: É desenvolvido o primeiro manipulador articulado tele-operado, pela Comissão de Energia Atômica Francesa.

Mecânica Elétrica


1948-1956

• 1948: Nobert Wiener publica o livro “Cybernetics”, que

definem as principais idéias sobre controle e comunicação em

sistema mecânicos e animais.

• 1954: George Devol cria o termo Universal Automation e inicia

o desenvolvimento de robôs programáveis.

• 1956: John McCarthy cria o termo “Artificial Intelligence”. Que

mais tarde iria “dar vida” os robôs.

Mecânica Elétrica Computação

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Elsie the Tortoise (1949-1950)

• Grey Walter cria oito “tartarugas robóticas”.

• Possuindo uma fotocélula, dois motores e controladas por válvulas, estes robôs exibiam um comportamento semelhante ao de seres vivos.

• Procuravam fontes de luz e dançavam em volta delas até que suas baterias se acabassem.

• Inteligência “bacterial”…

Mecânica

Elétrica

Computação

From The Robot Book, Richard Pawson,

Windward, 1985, p.14.


Década de 60

• 1962: É instalado o

primeiro robô

industrial do mundo

em uma linha de

produção da General

Eletric, um UNIMATE.

Mecânica Elétrica Computaçãowww.computerhistory.org

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1968

• 1968: O Stanford Research Institute demonstra o que é reconhecido como o primeiro robô inteligente, o Shakey.

• Inicia de vez o uso de Inteligência Artificial em Robótica

Mecânica Elétrica Computação

Picture from Rosheim M.E. (1994) Robot Evolution: The

Development of Anthrobotics. New York: John Wiley & Sons.

• 1968: A General Electric constrói o

“Four Legged Walking Truck”

para o exército americano:▫ Os movimentos são comandados por

um operador dentro do robô.


Década de 80

• Nos anos 80 acontece o maior crescimento de manipuladores industriais, alimentado principalmente pelo aumento da qualidade e a diminuição do ciclo de vida da indústria automobilística.

• 1982: Robótica é reconhecida como tecnologia estratégica pela Organisation for EconomicCooperation and Development.

• 1988: Inglaterra, França e outros países fundam seus centros de pesquisa em robótica.

MecânicaElétrica

Computação

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1986: Arquitetura de Brooks

• Em 1986, Rodney Brooks, do MIT, propõe a

“Subsumption Architecture”.

• Defendia uma nova abordagem para a Robótica e a

Inteligência Artificial

• Behavior Based Robotics

▫ Robô reativo

▫ Baseado apenas no comportamento

▫ Não usa deduções lógicas nem representações


Brooks cria a iRobot

• 1988: Brooks cria uma empresa para fabricação de

robôs.

▫ “Eu acredito que no ano 2020 todo lar americano

vai ter um robô inteligente. E eu quero fornecer

estes robôs… (IJCAI, 2001)

• Hoje: www.irobot.com

▫ Fabrica aspiradores, limpadores,

avatares, etc.

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Década de 1990.

Os anos 90 vêm as aplicações de robôs

se expandindo para a industria de

serviços.. Início do uso doméstico.

• 1994: DANTE - Robô de 6 pernas usado para explorar vulcões autonomamente (CMU).

• 1997: Missão PathFinder da Nasa. O mundo pára para assistir imagens transmitidas de marte pelo robô.

• 1997: Honda Asimo, protótipo humanóide.

PathFinder Nasa ©

Honda Asimo ©


Século XXI – Neste inicio de século

• Diversas novas aplicações para robôs surgem todos os dias. Novas empresas são criadas e se fundem.

• Pesquisa com ênfase em humanóides.

• 2001: Sony© Lança o AIBO©, o primeiro

cachorro doméstico robótico.

• 2003: Sony© lança Qrio©.

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PLEO ©

NAO ©

GENIBO © Robonova ©

FESTO ©

Robotino


Evolution of Dance com o NAO®

http://www.youtube.com/watch?v=2laujomh0JY

http://www.youtube.com/watch?v=2laujomh0JY

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Aplicações de Robôs

• Pode-se dividir as aplicações em 3 grandes

categorias:

▫ Bem estabelecidas, baseadas em manipuladores.

▫ As aplicações de ponta, baseadas em robôs

móveis.

▫ As possíveis aplicações futuras, baseadas em

robôs móveis e humanóides.


Classificação dos Robôs Móveis

• Diversas taxonomias podem ser utilizadas para

classificar robôs móveis:

▫ Quanto à anatomia, à aplicação, ao tipo de

controle, à capacidade de manobra...

• Anatomia:

▫ Aéreos.

▫ Aquáticos.

▫ Terrestres (rodas, esteiras, pernas).

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Tipo de Controle

• Teleoperados: um operador define todos os

movimentos que o robô deve executar.

• Semi-autônomos: um operador indica o macro

comando a ser executado e o robô o executa sozinho

(pode ou não ter I.A.)

• Autônomos: o robô realiza suas tarefa sozinho,

tomando suas próprias decisões (tem I.A.)



-por Aplicação

• De serviço: são utilizados para serviços em geral nas

indústrias e comércio:

▫ Trabalham em ambientes estruturados e conhecidos.

• De campo: ▫ trabalham em ambientes não estruturados, pouco

conhecidos e em geral perigosos.

• Pessoais: ▫ são os robôs vendidos em prateleiras, que não desenvolvem

tarefas específicas, mas interagem com os seres humanos.

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- Capacidade de manobra

• Holonômico: não apresenta restrições em relação ao

movimento do robô.

• Não-holonômico: robôs deste tipo estão sujeitos a

restrições de movimento. Exemplo: estacionar um carro.


Robôs avançados

ACTROID Spirit by NASA

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Robôs avançados

FESTO ANIMAL-based Robots


Robôs avançados

HUMANÓIDES

Asimo HondaNAO Aldebaran

Atlas - Google

Qrio - SONY

DarWin OP

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Robôs avançados

Qadrupedes

Big Dog - Google

Little Dog - GoogleAIBO - Sony


Robôs avançados

Industriais

BAXTER – Think RoboticsPR2

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BB-8 StarWars Robot

Project from Xrobot.co.uk


Opportunity (MER-B)

Chegou em Marte em 2004

“Opportunity has continued to move, gather scientificobservations, and report back to Earth for over 45times its designed lifespan” – Wikipedia 2015

Ele continua ativo ! Ele se recusa a parar !

O robô autonomo de maior sucesso

Esperava-se 3 meses de vida

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Como um robô autonomo pode ter sucesso ?

• Ele precisa:

▫ Interagir com o ambiente

▫ …. Com máquinas / dispositivos

▫ ….. Com objetos

▫ …. Com humanos


Decisões inteligentes em momentos extremos

• Robôs de resgate precisam ser

precisos em suas decisões

Rápido

saiam da

sala

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Coisas x Humanos

Coisas

• Comportamento estático ou

previsível

• Estável (um estimulo hoje produz

o mesmo estímulo amanhã)

• Fácil ou simples acesso

Humanos

• Comportamento imprevisível

• Surpreendentemente instável

• Sentidos complexos (5 modos de interagir)


Social Robots

NEXI

iCub

Actroid

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Tecnologia Assistiva – ajudar idososGeorgia Tech Center


Interação com seres Humanos

• Senso Comum▫ Sem isso bem apurado, o

robô terá dificuldade em

interagir com os seres

humanos.

Frutas Frescas !

Quanto é meia-dúzia ?

É a metade de 12,

ou seja, é 6 !

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Nossos Robôs - FEI

• Judite


Nossos Robôs - FEI

• Futebol de Robôs

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Intervalo de 30 minutos


Robô

• São compostos de:

▫ Atuadores

▫ Sensores

• Que permitem:

▫ Navegar

▫ Interagir

▫ Realizar uma determinada tarefa

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Ev3 Mindstorms é um kit robótico da LEGO EDUCATION ®


Atuadores

• Os atuadores permitem que os robôs tenham

movimentação

• Existem diversos tipos de atuadores:

▫ Motores

▫ Atuadores pneumáticos

▫ Atuadores hidráulicos

▫ Fibras Musculares Sintéticas

▫ Entre outras

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Motores

• A maioria dos motores elétricos aplicados a robótica

são motores DC (Corrente contínua)


MOTOR

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Entendo um motor DC padrão

(motor com escova)

• Motor DC simples:▫ As bobinas são eletrificadas com Positivo (+)

e Negativo (-), isso gera um campo magnético

▫ Alinhado aos magnetos do motor, faz com que

a armadura se mova

▫ Quando a armadura está alinhada na

horizontal, as bobinas recebem cargas

invertidas, o que mantém a rotação.

Exemplo: motor de 2 pólos

Image: www.nxp.com


Ponte H +

-

-

+

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electric_motor_cycle_3.png




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Controle de Velocidade dos motores

• Motor DC:▫ A variação da tensão permite variar

a velocidade, porém faz com que o

motor perca potência e, por vezes,

não tenha força para rodar

▫ Controla-se a velocidade, portanto

por PWM (Pulse Width Modulation)

• PWM:▫ Varia-se a frequência de pulsos de

tensão máxima ao motor. Quanto

maior a frequencia, maior é a

velocidade.


Aplicação dos atuadores

• Manipulador▫ Motores (atuadores)

Conferem graus de

liberdade ao robô

Image: http://www.ebah.com.br/

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Graus de Liberdade

20 graus de Liberdade

DOF (Degree of Freedom)

SONY© AIBO©


Sensores

• Para um robô ser autônomo, por mais simples que ele seja, deve possuir sensores

• Sensores permitem obter informações do ambiente e do resultado dos atuadores. Eles podem ser ativos ou passivos.

• Exemplos:▫ Encoder▫ Câmeras CCD▫ Laser▫ Ultra-Som▫ Contato (bumpers)▫ GPS – Global Positioning System▫ Acelerômetro▫ Entre outros (temperatura, bússola, proximidade, giroscópio

etc)

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Sensor – Encoder Incremental

• Mede velocidade angular e pode estimar posição

relativa

Imagem: Humberto Secchi


Sensor de Contato (Bumpers)

• Os Bumbers são sensores que enviam sinal toda

vez que são tocados.

• Permite ao robô segurar objetos, saber que bateu

em alguma coisa, etc.

Sensor LEGO® MindStorms®

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Sensor Infra-Vermelho (IR)

• Luz (invisível ao olho nu)



Sensores - CCD

• Cameras CCD (Charged Coupled Device)▫ Sensor de cameras de video muito popular

▫ Usa o chip CCD. Cada pixel é associado a um capacitor que

é sensível à luz

• Este sensor necessita de processamento do sinal (imagem)

recebido:

▫ Visão Computacional

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Sensores - GPS

• Conjunto de Satélites (+ de 24)

• Cada satélite envia:

▫ Sua localização

▫ Tempo (relógio atômico de altíssima precisão)

GPS lê a transmissão de alguns

satélites e, dada a diferença no tempo

de chegada da informação (em

nanosegundos), informa a distância

relativa de cada satélite.

Com uma triangulação de

posicionamento dos satélites e tempo,

estima-se a localização

Imagem: TecMundo


Sensores – Laser e Ultrassom

• São sensores ativos

• Escaneam o ambiente e permitem:

▫ Criar mapas do ambiente

▫ Determinar distâncias e profundidade

▫ Detectar objetos

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Sensor Ultrassom


Sensor Ultrassom HC-SR04

Adaptado de: http://blog.filipeflop.com/

Imagem adaptada de:

http://www.projerengenharia.com.br/


Sensores - Acelerômetro

• Dispositivo mede aceleração decorrente da gravidade e outras

forças: aceleração, inclinação, vibração, choque...

• Podem medir de 1 a 3 eixos

• Medidas usualmente em m/s2

• Aplicações Típicas: iPhone, Wii, airbags, etc

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Movimentação dos robôs

Adaptado de: http://blog.filipeflop.com/


Competições de Robótica

• O objetivo dessas competições é motivar o aluno a

estudar mais e desenvolver mais suas capacidades

e aptidões.

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Olimpíada Brasileira de Robótica

• Desde 2007

• Atualmente: 2500 equipes em todo país



• Como é ?

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• Quando ?

• Geralmente inscrições e regionais no 1º. Semestre

• Estadual no inicio do 2º. Semestre

• Nacional em outubro / Novembro


Torneio de Robótica - FLL

FLL é operado no Brasil pelo SESI-DN – www.torneioderobotica.com.br

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• Como é ?

• Cada ano é definido um tema

Core Values2016

PesquisaDesafio

Robô



• Como é ?

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• Quando ?

• Inscrições final de agosto

• Regionais no final do ano ou inicio do 1º. Semestre

• Nacional em Março

Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Jan Fev Mar

OBR

FLL


Quero saber mais ?

• Teremos mais 3 semanas de aula

▫ Aula teórica de LEGO Mindstorms

▫ Aula teórica de Arduíno

▫ Aula prática de programação

• No site da OBR possui, desde 2014:

• REVISTA MUNDO ROBÓTICA !!!!!

• Para aprofundamento da Aula de Robótica:

Acesse o site da OBR: www.obr.org.br e vá em modalidade teórica > Manual de Estudo

(MT) > Material de Robótica (MT)

http://www.obr.org.br/

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Lançamento do

DESAFIO DE PESQUISA TECNOLÓGICA


Desenvolva uma solução para nossa cidade !

• Modelo de um projeto de Pesquisa da FLL

• Uso de Tecnologia

• Apresentação dos melhores no INOVAFEI

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Desafio de Pesquisa Tecnológica

• Informações e inscrições pelo site:

fei.edu.br/lieu


Até Semana que vem !

http://www.fei.edu.br/lieu

robótica - centro universitário da fei · 19/08/2016 4 projeto lieu-fei robótica as três leis...

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