A3M33IRO -- Inteligentní robotika, léto 2010/2011

Předmět naučí principům umožňující vytvářet roboty schopné vnímat okolní svět, plánovat aktivitu robotů v něm včetně možnosti svět aktivně ovlivňovat. Budou studovány různé architektury robotů s kognitivními schopnostmi a jejich technické realizace. Studenti ve cvičeních budou s kognitivními roboty prakticky experimentovat. Studovaná látka má širší použitelnost při návrhu a stavbě inteligentních strojů.

Přednášející: Václav Hlaváč

Cvičící: Ing. Pavel Krsek, Ph.D. (vedoucí cvičení), Ing. Reinštein Michal, Ph.D., Mgr. Jan Heller, Ing. Gronát Petr M.Sc., Ing. Oleksander Shekhovtsov.

Detaily ke cvičením jsou uvedeny v samostatné sekci cvičení.

Upozornění: Podle Studijního a zkušebního řádu ČVUT je navštěvování přednášek nepovinné. Pro návštěvu cvičení ovšem požadujeme teoretickou znalost procvičované problematiky (podle programu cvičení), která bude vyučována na předcházejících přednáškách. Když student chce, může si látku před cvičením doplnit z doporučené literatury.

• Testy se píší na přednášce. Věnuje se jim zhruba půlhodina.
• Alfa test. Výsledky z alfa testu nejsou zahrnuty v hodnocení studenta v předmětu. Cílem alfa testu je na straně učitelů zjistit, co studenti skutečně umějí především z matematiky potřebné v předmětu. Studentům má alfa test ukázat, co se očekává, že mají umět. Když to již zapomněli, doporučuje se jim, aby si látku neprodleně dostudovali.
• Test 1 ověřuje znalosti z kinematiky robotů. Psal se 19.3.2012. Formulář testu počítal s max. 20 body a v této stupnici byl ohodnocen. Dodatečně byl normalizován do stupnice s max. 10 body, a tak bude studentovi započítán.
  • Pojem stupně volnosti systému.
  • Typy kinematických dvojic, struktury manipulatorů.
  • Reprezentace rotace rotační maticí, skládání rotací.
  • Transformace souřadnic.
  • Reprezentace transformace souřadnic v homogenních souřadnicích.
  • Přímá a inverzní kinematická úloha.
• Test 2
  • Aplikace robotů s důrazem na inteligentní roboty, příklady nasazení, význam, v čem jsou aplikace složité, zejména z teoretického hlediska.
  • Principy řízení robotů v některých aplikacích, např. vysavač, svařovací robot, montážní robot, atd.
  • Geometrie jedné kamery. Projektivní zobrazení. Vnitřní a vnější kalibrační parametry kamery. Jak se geometrická kalibrace realizuje? Homografie a její využití v robotickém vidění.
  • Architektury robotů, klasická (deliberative), reaktivní, vrstvená architektura (subsumption architecture). Hybridní architektura Základní principy a příklady. Výhody a nevýhody.
  • Princip záporné zpětné vazby. Příklad Wattova regulátoru otáček. Čeho lze dosáhnout zaváděním zpětných vazeb při řízení systémů? Základní regulace a její problémy.
  • Princip servomechanismu. Polohový, rychlostní. Příklady, nasazení.
  • Základní principy kybernetiky. Přehled o historii kybernetiky, klíčových osobnostech a vlivu kybernetiky na jiné disciplíny.
  • Příklad na fyzikálnětechnickou úvahu (opírá se o předchozí znalosti získané především před tímto předmětem, i když v diskusích na přednáškách jsme podobné úvahy činili).
• Test 3
  • Elektrické pohony, základní typy, vlastnosti. Pneumatické a hydraulické pohony, vlastnosti, vhodnost použití.
  • Senzorů robotů. Taxonomie, základní principy, příklady.
  • Sensory pro odometrii. Princip gyroskopu. Princip GPS. Diferenciální GPS.
  • Trajektorie robotu, její matematické vyjádření a plánování.
  • Plánování cesty robotu.
  • Mapa světa robotu, její vytváření, obnovování, SLAM.
  • Taktilní čidla a zpracování taktilní informace v robotice. Základní úlohy taktilní zpětné vazby. Příklady.

• V případě, že se testu nemůžete z vážných důvodů (nemoc, zahraniční cesta,…, omluvenka je nutná) zúčastnit je možné psát test v náhradním termínu v zápočtovém týdnu. Náhradní písemka se píše ve čtvrtek 17.5.2012 od 16:15 v G205. Organizuje V. Hlaváč.

Splnění a odevzdání úlohy ve cvičení podle podmínek cvičení. Napsání všech tří hodnocených testů.

1. Steven M. LaValle. Planning Algorithms, Cambridge University Press, 2006. (volně na internetu, http://planning.cs.uiuc.edu/)
2. R. Pfeifer, C. Scheie. Understanding Intelligence, MIT Press, 2002.
3. B. Siciliano, O. Khatib (editoři). Handbook of Robotics, Springer-Verlag, Berlin 2008.
4. P. Vysoký: Padesát let kybernetiky. Vesmír, svazek 77, listopad 1998, ss. 626-633. (pdf)

Výkon ve cvičení je hodnocen maximálně 40 body.

Zkouška se skládá z písemné a ústní části.

Písemky ke zkoušce se píší ve třech termínech na přednášce, a to v 6., 9. a 13. týdnu. V písemné části student řeší několik příkladů ověřujících znalost z teoretických a matematických nástrojů inteligentní robotiky. Okruhy pro písemku budou zveřejněny na přednášce jeden týden před písemkou. Každá tato písemka je ohodnocena maximálně 10 body. Ze tří písemek lze tedy ke zkoušce získat nejvýše 30 bodů. Předpokládá se, že student získá nejméně 10 bodů z písemky, aby mohl jít k ústní zkoušce. Studenti, kteří kvůli neschopenkou potvrzené nemoci nebo z jiných závažných důvodů předem projednaném s vedoucím cvičení Ing. Vladimírem Smutným (on rozhodne, zda je důvod závažný), budou moci psát náhradní písemku v jednom vyhlášeném termínu v zápočtovém týdnu.

U ústní zkoušky lze dosáhnout nejvýše 30 bodů. Ke zkoušce se mohou přihlásit pouze studenti, kteří získali zápočet ze cvičení. K ústní zkoušce si student přinese vytištěný vědecký článek v angličtině dotýkající se obsahu předmětu. který si student sám najde a prostuduje. V ústní části se zkoušející zaměří na studentovy hlubší znalosti v oblasti, kterou výběrem článku student sám ovlivnil. Ověřuje se také schopnost zařadit tuto znalost do kontextu předmětu a studentova předchozího studia. Článek má z nedávné doby (řekněme ne starší než pět let), ze špičkového vědeckého časopisu ze sezamu

• IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems
• IEEE/ASME Transactions on Mechatronics
• IEEE Transactions on Robotics
• Autonomous Robots Journal
• International Journal of Robotics Research
• Robotics and Autonomous Systems

K časopisům studenti mají elektronický přístup přes příslušný portál placený ČVUT, viz Ústřední knihovna ČVUT nebo přímo na portál.Student musí znát bibliografické údaje o článku, tj. nemůže jít o jen tak o nějaký z webu stažený text.

Celkové hodnocení předmětu je podle následující tabulky.

Opisování považuji za nepřípustné. Bude-li student při písemce přistižen při opisování, bude z písemky hodnocen nula body bez možnosti psát písemku znovu. U odevzdaných úloh je opisování kontrolováno a srovnáváno s pracemi jiných. Opisování bude v předmětu trestáno. Dále bude studijní oddělení požádáno, aby opisování zaznamenalo do studijní dokumentace studenta.

Přeji studentům, ať se jim látka inteligentní robotiky líbí a dobře studuje. Těším se na zpětnou vazbu a podněty k vylepšení. Mluvte se mnou buď po přednášce nebo mi pošlete email. V. Hlaváč