B3B33ROB1 – Robotika

Předmět je úvodem do manipulační robotiky a jeho cílem je seznámit studenty s typickými úkoly, které je potřeba vyřešit před nasazením robotů do reálného provozu. Takovým úkolem je například nalezení takové trajektorie svařovacího robota, aby během svého pohybu nástrojem sledoval zadanou hranu svařované součástky a zároveň svým tělem nenarazil do překážek ve svém okolí. Hlavní část předmětu je věnována kinematickému popisu robotického manipulátoru a řešení odpovídajících kinematických úloh: řešení přímé/inverzní kinematické úlohy, plánování pohybu a výpočet trajektorie. Na jednoduchých příkladech je ale ukázán také dynamický popis manipulátorů a způsoby jejich řízení. V závěru jsou demonstrovány jednoduché aplikace metod strojového učení pro manipulační robotiku. V rámci cvičení si studenti naprogramují sadu nástrojů pro manipulační robotiku, kterou následně využijí při řešení semestrální práce na průmyslových robotech.

Relevantní odkazy: Odevzdávácí systém BRUTE, Rozvrh, Pravidla boje proti plagiátorství

Doporučená literatura: Kevin M. Lynch and Frank C. Park: Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control, Cambridge University Press, 2017, ISBN 9781107156302.

1. Organizace předmětu (pdf_cz, pdf_en) a Reprezentace pohybu (pdf_cz, pdf_en)
2. Přímá kinematika otevřených kinematických řetězců
3. Diferenciální kinematika a statika
4. Inverzní kinematika
5. Základy vidění v robotice
6. Generování cest a trajektorií
7. Plánování pohybu
8. Uzavřené kinematické řetězce [1. test]
9. Děkanský den
10. Dynamika robotů a metody řízení
11. Pokročilé metody řízení robotů a kolaborativní roboti
12. Plánování úkolů a pohybu pro manipulaci
13. Úvod do umělé inteligence v robotice
14. Úvod do umělé inteligence v robotice [2. test]

Chcete-li zobrazit videa v pdf prezentaci, musíte si je stáhnout z videos.zip do stejné složky jako pdf prezentaci a použít aplikaci pdfpc. Další videa budou přidána během semestru, stáhněte si videos.zip znovu, až se objeví nová přednáška.

Online přenos přednášek

Repozitář s šablonou robotické sady nástrojů (toolbox): https://github.com/CTURobotics/robotics_labs

1. Představení struktury robotického toolboxu v jazyce Python a automatického testování/bodování, implementace transformací v SE2/SE3
2. Implementace přímé kinematické úlohy pro planární manipulátor a ukázka vizualizačního nástroje v toolboxu
3. Výpočet jakobiánu pro planárního robota numericky a analyticky
4. Řešení inverzní kinematiky
5. Transformace mezi kamerou a robotem, ukázka homografie a kalibrace
6. Ukázka práce s roboty v laboratoři, bezpečnost práce s roboty. Cvičení probíhá v JP-B-415 u robotů.
7. Plánování pohybu
8. Konzultace pro semestrální práce.
9. Konzultace pro semestrální práce.
10. Konzultace pro semestrální práce.
11. Dynamické řízení robotů.
12. Konzultace pro semestrální práce.
13. Konzultace pro semestrální práce.
14. Odevzdávání semestrálních prací.

Celkové hodnocení bude složeno z následujících částí: implementace domácích úkolů - robotického toolboxu (20%), semestrální práce (20%), testy v semestru (20%) a zkouška (40%). Bude vyžadován minimální počet bodů, který je potřeba dosáhnout v každé z těchto části.

Účast na přednáškách a cvičeních je doporučována, ale není povinná vyjma cvičení v 6. týdnu, ve kterém budete proškoleni o bezpečnosti práce s roboty. Bez tohoto školení nemůžete s roboty v laboratoři pracovat.

1. Všechny přednášky a cvičení vyžadují znalosti linearní algebry (B0B01LAG) a programování v jazyce Python (B3B33ALP)
2. 5. přednáška o vidění v robotice analyzuje geometrii kamery a transformaci mezi robotem a kamerou. Neprobírá ale zpracování obrazu a detekci objektů, které jsou probírány v předmětech B3B33VIR/B3B33UROB nebo B3B33LAR.
3. 7. přednáška o plánování navazuje na znalosti B3B33KUI a ukáže aplikace algoritmů prohledávání pro plánování pohybu robota
4. 9. a 10. přednáška navazuje na znalosti o zpětnovazebném řízení, získané v B3B35ARI. Přednáška ukáže, jak navrhnout regulátor specifický pro manipulátory při znalosti jejich dynamických modelů. Výpočet dynamického modelu si ukážeme na jednoduchém planárním manipulátoru. Detailnější přehled o modelování dynamického modelu lze získat v předmětu B3B35MSD.
5. 13. a 14. přednáška navazuje na B3B33KUI a B3B33VIR/B3B33UROB se zaměřením na manipulační robotiku. Jejich cílem je ukázat rozdíl mezi plánováním, řízením a učením (posilované učení, učení z demonstrací) pro manipulaci. Zároveň budou ukázány aplikace UI pro predikci úchopů (GraspIt, GraspNet).

Vladimír Petrík vladimir.petrik@cvut.cz, Vladimír Smutný vladimir.smutny@cvut.cz, Pavel Krsek pavel.krsek@cvut.cz, David Kovář kovarda8@fel.cvut.cz