~~NOTOC~~

======  Staň se na den expertem na umělou inteligenci ======

  * Vítejte v [[https://comrob.fel.cvut.cz/|Laboratoři výpočetní robotiky]] [[https://www.aic.fel.cvut.cz/|Centra umělé inteligence]] [[https://cs.fel.cvut.cz|katedry počítačů]] na [[https://fel.cvut.cz/cs|Fakultě elektrotechnické ČVUT]].
  * Na tomto pracovišti naprogramujeme autonomní pohyb kráčejícího robotu, který můžete vidět v přiložené animaci níže na obrázku. 
    * Robot jde do definovaného místa a vyhýbá se překážkám.
  * Tuto webovou stránku naleznete na adrese [[https://cw.fel.cvut.cz/wiki/courses/crl-courses/aed23|cw.fel.cvut.cz/wiki/courses/crl-courses/aed23]].
  /* (Aneb první dvě cvičení předmětu [[https://cw.fel.cvut.cz/b221/courses/uir|Umělá inteligence v robotice]] za 45 minut.) */

{{ :courses:crl-courses:aed23:t1b-react.gif?nolink&600 |}}

====== Úvodem ======

/*{{ :courses:crl-courses:aed23:hexapod-3dof-scaled.jpg?nolink&600 }}*/
{{ :courses:crl-courses:aed23:photo_bothrobots_u.jpg?nolink&600 |}}

  * Mechanika + elektronika + vnímání (senzory) + řízení + **umělá inteligence** = robotika.
    * Každá ze zmíněných disciplín je zajímavá sama o sobě, na FEL ČVUT se můžete naučit každé z nich.
  * Umělá inteligence má v robotice mnoho využití, například:
    * Plnit zadaný úkol, prioritizovat úkoly, detekovat nové úkoly.
    * Plánovat a vykonávat pohyb a akce tak, aby se zadaný úkol splnil.
    * Rozpoznávat, detekovat, mapovat, sbírat data.
    * Učit se, využívat nová data ke zlepšení svého chování.
    * Kooperovat a komunikovat s ostatními roboty nebo lidmi.
    * **Rozhodovat se** - autonomně, bez cizího zásahu.
    * Reagovat na situace, adaptovat se na změny v prostředí.
  * Na tomto stanovišti naučíme robot pohybovat se za svým cílem a zároveň reagovat na překážky a vyhýbat se jim.

{{ :courses:crl-courses:aed23:hebi_nav.png?nolink&600 |}}
====== Robot a jeho popis ======

/* Nákres robotu, popis senzorů, aktuátorů, kinematiky ... ? */

  * Robot je složen z
    * aktuátorů (motorů, servomotorů, jiných zásahových členů),
    * senzorů (akcelerace, polohy, obrazu, tlaku, odražených paprsků, ...),
    * výpočetní jednotky (Raspberry PI, Intel NUC, Arduino, ...),
    * zdroje energie (baterie, solární panely, externí zdroj, ...),
    * těla (LEGO, Merkur, 3D tištěné součástky, ...).
  * Existuje mnoho typů mobilních robotů: Kolové, létající, kráčející, pásové, které se líší principem pohybu.

{{ :courses:crl-courses:aed23:cras-robots.jpg?nolink&800 }}

  * U všech mobilních robotů můžeme jejich **polohu** a **orientaci** popsat **souřadnicemi** vůči nějaké **vztažné soustavě**.
    * V našem případě vystačíme s určením polohy v rovině X a Y, orientace určená úhlem sevřeným vůči kladnému směru osy X.
  * Univerzální **rychlostní příkaz** (//velocity command//) může ovládat libovolný typ robotu, pokud pro něj existuje řídicí algoritmus, který jej dle tohoto příkazu správně rozpohybuje.
    * Náš šestinohý robot má každou nohu složenou ze tří aktuátorů, řídicí algoritmus tak generuje 18 hodnot, které se mění v čase.

<note tip>
Samotné generování takových signálů je možné řešit různým způsobem, např., //centrálním generátorem vzorů chůze//, neboť robot vlastně vykonová každou nohou stejný pohyb. (Nohu zvedá a pohybuje jí dopředu za současného posunu těla vpřed.) Základní vzor chůze (//tripod gait//) si můžeme představit jako střídání dvou trojic nohou tak, že těžiště robotu je vždy v //podpůrném trojúhelníku//, definovaném nohami, o které se robot právě opírá.
</note>

/* pohybu přední levé, zadní levé a prostředí pravé s pohybem přední pravé, zadní pravé a prostřední levé nohy. V takovém případě je těžiště robotu vždy v trojúhelníku definovaném nohami, o které se robot během pohybu opírá. */

 /* * V našem případě budeme pohybovat modelem šestinohého kráčejícího robotu (hexapoda), který využívá biologicky inspirovaný kontrolér.*/
 
/* 
      * Těleso v prostoru (3D) lze lokalizovat šesti souřadnicemi, např.:
          * X, Y, Z (poloha)
          * rotace okolo X, rotace okolo Y, rotace okolo Z (orientace).
      * Způsobů určení polohy je mnoho (Kartézská soustava, GPS, adresa), lze mezi nimi převádět.
      * Stejně tak orientaci lze určit různými způsoby: Eulerovské úhly, rotační matice, kvaterniony, osa-úhel, ...
      * Ve 2D nám stačí souřadnice X, Y (poloha) a úhel od osy X (orientace).
*/
====== Simulace ======

  * Na počítačích je připraven operační systém [[https://ubuntu.com/download/desktop|Ubuntu]] se všemi potřebnými programy.
  * Přihlašte se podle přiřazeného lístečku.
  * Budeme používat robotický simulátor [[https://www.coppeliarobotics.com/|CoppeliaSim]].
    * (Simulátor si můžete stáhnout a používat doma.)
    * Otevřete terminál, např. klávesovou zkratkou ''Ctrl+Alt+T''.
    * Spusťte simulátor příkazem ''/opt/CoppeliaSim_Edu_V4_3_0_Ubuntu20_04/coppeliaSim.sh''.
  * Stáhněte si podklady pro simulaci: {{ :courses:crl-courses:aed23:aed23_resource_pack.zip |}}.
    * Podklady obsahují model scény, model šestinohého robotu a skripty, které robot ovládají.
    * Rozbalte stažený ''zip'' soubor.
    * V simulátoru načtěte scénu. (''Files'' -> ''Open scene...'' -> ''~/Downloads/aed23_resource_pack/scenes/aed23.ttt''.) 
  * Robot je v simulaci ovládaný skriptem v [[https://www.python.org/|jazyce Python]].
    * Otevřete druhý terminál (''Ctrl+Alt+T'').
    * Spusťte příkaz ''cd ~/Downloads/aed23_resource_pack; ./main.py''.
    * Robot by nyní měl kráčet na místě.

====== Navigace naslepo ======

  * Chceme, aby robot postupně navštívil dva ++ cílové body|, <fc #1478c7>které mohou být zadány různě, například vypočítané plánovačem jako místa, kde má robot provést měření nebo doručit, či vyzvednout, balíček.</fc>
++, zvýrazněné zelenou tečkou.
  * Robot zná svoji aktuální lokalizaci (bod ''R''), zná svůj cíl (bod ''W''), avšak **potřebuje spočítat rychlostní příkaz**.
  * Pomocí editoru otevřete skript, který definuje chování robotu.
    *  ''/opt/VSCode-linux-x64/code ~/Downloads/aed23_resource_pack/hexapod_robot/HexapodController.py''
  * Nejprve smažte ''return result_command'' na řádku 28.
  * Robot se musí otočit tak, aby šel rovně za cílem. Ve vyznačeném místě implementujte výpočet směru k cíli.

<code python>
desired_heading_radian = math.atan2(dy,dx)
</code>

{{ :courses:crl-courses:aed23:clash.png?nolink&600 |}}

/*      //Gedit//: V novém terminálu spusťte ''gedit ~/aed23/hexapod_robot/HexapodController.py''.*/
====== Reakce na překážky ======

  * V souboru ''main.py'' změňte typ kontroléru na ''goto_reactive''.
  * Tento kontrolér využívá konceptu [[https://mitpress.mit.edu/books/vehicles|Braitenbergových vozidel]].

^ ^  Vozidlo 2a  ^  Vozidlo 2b  ^  Vozidlo 3a  ^  Vozidlo 3b  ^
| |  {{:courses:uir:labs:breitenberg_2a.jpg?nolink&100}}  |  {{:courses:uir:labs:breitenberg_2b.jpg?nolink&100}}  |  {{:courses:uir:labs:breitenberg_3a.jpg?nolink&100}}  |  {{:courses:uir:labs:breitenberg_3b.jpg?nolink&100}}  |
| **Spojení** |  excitační |  excitační |  inhibiční |  inhibiční |
| **Chování** |  strach |  agrese |  láska |  průzkum |
| **Vlastnosti** |  Štítí se stimulu. | Útočí na stimul. |  Zastaví čelem ke stimulu. |  Zastaví čelem od stimulu. |

  * Dálkoměrný senzor (++LiDAR|<fc #1478c7> si můžeme představit jako vějíř dálkoměrných měření pro jednolivé úhly.</fc>++) je pro nás stimulem. Čím blíže jsme k překážce, tím více nás odpuzuje.
  * Zkuste měnit různé parametry, experimentujte s různými repulsními funkcemi.

{{ :courses:crl-courses:aed23:react.png?nolink&600 |}}
====== Děkujeme za pozornost ======

... a těšíme se na shledanou!