MATERIALS: IX Semester 2010/2011 (Book: Jasmin Velagić, Mobile Robotics, 2012, 523 pages.)
| No. |
Nastavne
jedinice |
URL |
| 1. |
UVOD
U MOBILNU ROBOTIKU. Definicija
mobilnog robota i mobilne robotike. Historijski razvoj mobilnih
robota. Podjela mobilnih robota. Motivi razvoja i opravdanost korištenja
mobilnih robota. Zadaci mobilnih robota i metode njihovog rješavanja.
Primjene mobilnih robota i primjeri mobilnih robota. |
PDF |
2. |
LOKOMOCIJA MOBILNIH ROBOTA.
Definicija lokomocije, izbor strategije kretanja, stabilnost robota,
karakteristike kontakta i vrste radnih sredina robota. Idealizirani
kotač, pogonski i pasivni kotači, trenutni centar zakrivljenosti (ICC
tačka), vektor konfiguracije robota. Mobilni robot sa diferencijalnim
pogonom, izbor ICC-a, direktna i inverzna kinematika, dinamički model
robota sa diferencijalnim pogonom. Sinhroni pogon, direktna i inverzna
kinematika. Tricikl pogon, direktna i inverzna kinematika. Automobilski
(Accermanov) pogon, direktna i inverzna kinematika. Mobilni robot
sa svesmjernim pogonom, holonomska konfiguracija, jednadžbe kretanja. |
PDF |
| 3. |
LOKOMOCIJA NOŽNIH ROBOTA.
Kretanje nožnih robota: adaptabilnost, manevriranje na neravnom terenu
i sposobnost prolaska kroz otvore i ponore. Statička i dinamička stabilnost.
Dinamički hod. Izbor broja nogu. Izvedbe i upravljivost nogu. Direktna
i inverzna kinematika 3D prostora. Hod nogu i upravljanje hodom. Periodički
i neperiodički hod. Vrste periodičkog hoda četveronožaca. Ostali tipovi
mobilnih robota: podvodni roboti, leteći roboti i svemirska vozila. |
PDF |
4. |
NEVIZUALNI SENZORI.
Senzori u mobilnoj robotici: podjela, problemi korištenja, parametri
senzora. Kontaktni senzori. Optički inkrementalni enkoder, princip
rada i primjena u određivanju pozicije i orijentacije mobilnog robota.
Infracrveni senzori udaljenosti. Ultrazvučni senzori, princip rada,
model sonara, primjena u procesu gradnje mape okruženja. Laserski
senzor udlajenosti. Senzor za globalno pozicioniranje (GPS), segmenti
GPS-a, mjerenje pozicije i orijentacije. Inercijalni navigacijski
sistemi: akcelerometar, žiroskopi (mehanički i optički), kompasi (magnetski
i žiroskopi) i inklinometri. |
PDF |
5. |
ROBOTSKA VIZIJA.
Osnovni pojmovi robotske vizije. Proces formiranja slike, parametri kamere, svojstva slike, fokusiranje,
kvantizacija i rezolucija, sklopovlje za formiranje slike. CCD i CMOS
kamere. Kalibracija kamere, perspektivna projekcija, projekcijska
matrica, određivanje projekcijske matrice metodom najmanjih kvadrata
(LS metoda). Eksperimentalni primjer rješavanje problema kalibracije kamere. Uzorkovanje slike, izbor frekvencije uzorkovanja, dvodimenzionalna
Fourierova transformacija. Značajke slike: boja i sjena, optički tok,
korelacija, izdvajanje značajki, izdvajanje rubova. Primjena operatora kod izdvajanja rubova: Sobelov, Laplaceov, Gauss-Laplaceov i Cannyjev. Segmentacija slike: amplitudna binarna, segmentacija s pragom, grupiranje s K srednjih vrijednosti, obilježavanje komponenti i segmentacija zasnovana na granicama regije. Registracija slike, pronalaženje korespondentnih tačaka u slikama, Harrisov, SURF i SIFT detektori. RANSAC metoda. Stereovizija,
rekonstrukcija 3D slike iz 2D prikaza. Epipolarna geometrija, fundamentalna matrica, triangulacija. |
PDF |
6. |
NAVIGACIJA MOBILNOG ROBOTA.
Postupci kretanja prema cilju i izbjegavanje prepreka. Navigacijske
radnje: lokalizacija, gradnja mape okruženja, planiranje kretanja
i upravljanje. Vertikalna i horizontalna dekompozicija upravljačkog
sistema mobilnog robota. Navigacijske strukture: planska (modelska),
reaktivna, ponašajna (behavioristička), hibridna. Primjer troslojnog
navigacijskog sistema mobilnog robota. |
PDF |
| 7. |
ODOMETRIJSKA LOKALIZACIJA.
Estimacija pozicije, slaba i jaka lokalizacija. Mjerenje relativne
i apsolutne pozicije i orijentacije. Postupak odometrijske lokalizacije.
Pogreške odometrije: sistemske i nesistemske pogreške. Elipse pogreški
- region nesigurnosti oko stvarne pozicije robota. Mjerenje odometrijskih
pogrešaka, pogreška uslijed nejednakih polumjera kotača, pogreška
uzrokovana nesigurnošću uslijed zakreta (rotacije) mobilne platforme.
Mjerenje sistemskih pogreški: jednosmjerni i dvosmjerni (UMBmark)
testovi kvadratne putanje. Mjerenje nesistemskih pogrešaka, prošireni
UMBmark test. Redukcija odometrijskih pogrešaka, sistemska kalibracija,
eliminiranje pogrešaka orijentacije - tipovi A i B. |
PDF |
8. |
PRIKAZ ODOMETRIJSKIH
POGREŠKI POMOĆU SLUČAJNIH VARIJABLI I NORMALNE DISTRIBUCIJE.
Slučajna varijabla, funkcija gustoće vjerojatnosti, srednja vrijednost,
varijanca, uzoračka srednja vrijednost, uzoračka varijanca. Određivanje
pogreške odometrije uzorkovanjem slučajne varijable, zajednička distribucija,
Markovljevo robotsko kretanje, kumulativna distribucija, Gauss-Newtonova
iteracija. Prikaz pogreške odometrije mobilnog robota pomoću normalne
distribucije: računanje kovarijantne matrice, rotacija kovarijance.
Propagacija pogreške mobilnog robota tokom kretanja, |
PDF |
| 9. |
LOKALIZACIJA KORIŠTENJEM
ORIJENTIRA I PROŠIRENOG KALMANOVOG FILTRA (EKF).
Orijentiri za estimaciju položaja: prirodni i umjetni. Triangulacija
sa dva i tri orijentira. Ispitivanje djelovanja poremećaja pomoću
matrice Jacobiana. Triangulacija sa neizvjesnostima, geometrijska
dilutacija preciznosti (GDOP), karakteristike GDOP-a, implicitni GDOP.
Konturni dijagrami. Kalmanov filter za estimaciju stanja, jednadžbe
prijelaza stanja i jednadžbe mjerenja. Prošireni Kalmanov filtar (EKF).
Primjer korištenja EKF-a u estimaciji položaja mobilnog robota. |
PDF |
10. |
GRADNJA MAPE ROBOTSKE
OKOLINE. Metričke i topološke mape,
prednosti i nedostaci korištenja. Koraci u gradnji metričke mape:
interpretacija mjerenja senzora, fuzija mjerenja senzora i osvježavanje
mape. Postupci gradnje metričkih mapa: Bayesova teorija vjerojatnosti
i Dempster-Shaferova teorija uvjerenja. Topološke mape. Osnovni pojmovi
iz teorije grafova. Topološki graf. |
PDF |
11. |
UPRAVLJANJE KRETANJEM
MOBILNOG ROBOTA. Upravljanja kretanjem
kinematičkim i dinamičkim modelima mobilnih robota. Kaskadni sistem
upravljanja brzinom i pozicijom mobilnog robota. Princip slijeđenja
virtualnog robota. PI regulator pozicije. Sinteza backstepping regulatora
pozicije. Podešavanje parametara regulatora genetskim algoritmom.
Hibridni backstepping regulator. Usporedba rezulatat slijeđenja složene
trajektorije sa backstepping i hibridnim backstepping regulatorom.
Sinteza neizrazitog regulatora pozicije mobilnog robota. |
PDF |
| 12. |
PLANIRANJE KRETANJA MOBILNOG
ROBOTA. Globalni i lokalni postupci
planiranja kretanja. Zahtjevi pri procesu planiranja kretanja. Konfiguracijski
prostor mobilnog robota. Roadmap algoritmi planiranja kretanja: graf
vidljivih vrhova i Voronoijevi dijagrami. Planiranje kretanja korištenjem
dekompozicije prostora (segmenata). Dekompozicija segmenata sa fiksnom
rezolucijom, triangulacijom, fiksnom i varijabilnom dekompozicijom. Metoda potencijalnih polja. Algoritam
reduciranja broja relevantnih prepreka zasnovan na djelovanju privlačnih
i odbojnih sila uz korištenje neizrazitih pravila zaključivanja. Problem
lokalnog minimuma. |
PDF |
13. |
ALGORITMI IZBJEGAVANJA
PREPREKA I ALGORITMI PRETRAŽIVANJA GRAFOVA.
Hibridni algoritmi planiranja putanje: Bug algoritami (Bug 1i Bug2) i VFH metod (korištenje
polarnog histograma). Algoritmi pretraživanja grafova: A* algoritam
i Dijkstra algoritam. Primjeri korištenja u mobilnoj robotici. Usporedba
Dijkstra i A* algoritama. |
PDF |
14. |
VIŠEROBOTSKI TIMOVI.
Osnovni pojmovi, usporedba skupine robota i pojedinačnog robota, prednosti
i nedostaci. Karakteristike višerobotskih timova: heterogenost i homogenost,
upravljanje, kooperacija, ciljevi. Arhitekture skupine robota: Nerd
Herd i Alliance. Dizajn višerobotskih sistema. Alokacija zadataka.
Koordinacija mobilnih korištenjem MB (market based) algoritma. Međurobotska
timska komunikacija. |
PDF |
|