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.

Zde je k dispozici více variant prezentací, včetně režimu „handout/leták“ vhodného pro vaše poznámky.

1. Organizace předmětu pdf a Reprezentace pohybu pdf
2. Přímá kinematika otevřených kinematických řetězců
3. Základy vidění v robotice a semestrální projekt
4. Kalibrace v robotice [1. test]
   • Test bude probíhat na přednášce na KN. Pro výpočty budete potřebovat pero.
5. Denavitova-Hartenbergova notace a Diferenciální kinematika a statika
6. Inverzní kinematika
7. Plánování pohybu
8. Státní svátek
9. Generování cest a trajektorií a TAMP
10. Dynamika robotů
11. Metody řízení robotů
12. Paralelní manipulátory
13. Úvod do umělé inteligence v robotice [2. test]
    • Test bude probíhat na přednášce na KN. Pro výpočty budete potřebovat pero.
14. Úvod do umělé inteligence v robotice

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 prosím videos.zip znovu, až se objeví nová přednáška.

• Přednášky z roku 2023/2024 jsou k dispozici zde: PDF a videa a Záznam přednášek na YouTube

• Přednášky z roku 2024/2025 jsou k dispozici zde: PDF a videa a Záznam přednášek na YouTube

Online přenos přednášek

Záznam přednášek (TBD)

Repozitář s šablonou robotické sady nástrojů (toolbox): https://github.com/CTURobotics/robotics_labs a online dokumentace toolboxu ReadTheDocs Robotics Toolbox

1. Představení struktury robotického toolboxu v jazyce Python a automatického testování/bodování, implementace transformací v SE2/SE3 (Martin Cífka martin.cifka@cvut.cz/David Kovář kovarda8@fel.cvut.cz)
2. Implementace přímé kinematické úlohy pro planární manipulátor a ukázka vizualizačního nástroje v toolboxu (Petr Vanc petr.vanc@cvut.cz)
3. Ukázka práce s roboty v laboratoři, bezpečnost práce s roboty (Pavel Krsek pavel.krsek@cvut.cz). Cvičení je povinné a probíhá v JP:B-633 a JP:B-415 u robotů.
4. Transformace mezi kamerou a robotem, ukázka homografie (Martin Cífka martin.cifka@cvut.cz)
5. Výpočet jakobiánu pro planárního robota numericky a analyticky (Petr Vanc petr.vanc@cvut.cz)
6. Individuální práce
7. Řešení inverzní kinematiky (Martin Cífka martin.cifka@cvut.cz)
8. Plánování pohybu (David Kovář kovarda8@fel.cvut.cz)
9. Individuální práce
10. Individuální práce
11. Individuální práce
12. Individuální práce
13. Individuální 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%).

• 10 bodů je nutné získat pomocí povinných domácích úkolů.
• Semestrální práce je povinná; je potřeba získat alespoň 1 bod za tuto část.
• První i druhý test je dobrovolný; není nutné získat žádný bod pro získání zápočtu.
• Ze zkoušky je potřeba získat alespoň 10 bodů z 40.

Na zkoušku se lze přihlásit až po získání zápočtu (tj. získání povinných bodů).

Účast na přednáškách a cvičeních je doporučována, ale není povinná vyjma cvičení v 3. týdnu, ve kterém budete proškoleni o bezpečnosti práce s roboty. Bez tohoto školení nemůžete s roboty v laboratoři pracovat.

• Všechny přednášky a cvičení vyžadují znalosti linearní algebry (B0B01LAG) a programování v jazyce Python (B3B33ALP)
• Přednáška o vidění v robotice analyzuje geometrii kamery a transformaci mezi robotem a kamerou. Neprobírá ale do detailu zpracování obrazu a detekci objektů, které jsou probírány v předmětech B3B33VIR/B3B33UROB nebo B3B33LAR.
• Přednáška o plánování navazuje na znalosti B3B33KUI a ukáže aplikace algoritmů prohledávání pro plánování pohybu robota
• 10. a 11. 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.
• 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, Petr Vanc petr.vanc@cvut.cz, Martin Cífka martin.cifka@cvut.cz