MATERIALS: IX Semester 2010/2011 (Book: Jasmin Velagi�, 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 kori�tenja
mobilnih robota. Zadaci mobilnih robota i metode njihovog rje�avanja.
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
kota�, pogonski i pasivni kota�i, trenutni centar zakrivljenosti (ICC
ta�ka), vektor konfiguracije robota. Mobilni robot sa diferencijalnim
pogonom, izbor ICC-a, direktna i inverzna kinematika, dinami�ki 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, jednad�be kretanja. |
PDF |
| 3. |
LOKOMOCIJA NO�NIH ROBOTA.
Kretanje no�nih robota: adaptabilnost, manevriranje na neravnom terenu
i sposobnost prolaska kroz otvore i ponore. Stati�ka i dinami�ka stabilnost.
Dinami�ki hod. Izbor broja nogu. Izvedbe i upravljivost nogu. Direktna
i inverzna kinematika 3D prostora. Hod nogu i upravljanje hodom. Periodi�ki
i neperiodi�ki hod. Vrste periodi�kog hoda �etverono�aca. Ostali tipovi
mobilnih robota: podvodni roboti, lete�i roboti i svemirska vozila. |
PDF |
4. |
NEVIZUALNI SENZORI.
Senzori u mobilnoj robotici: podjela, problemi kori�tenja, parametri
senzora. Kontaktni senzori. Opti�ki inkrementalni enkoder, princip
rada i primjena u odre�ivanju pozicije i orijentacije mobilnog robota.
Infracrveni senzori udaljenosti. Ultrazvu�ni senzori, princip rada,
model sonara, primjena u procesu gradnje mape okru�enja. Laserski
senzor udlajenosti. Senzor za globalno pozicioniranje (GPS), segmenti
GPS-a, mjerenje pozicije i orijentacije. Inercijalni navigacijski
sistemi: akcelerometar, �iroskopi (mehani�ki i opti�ki), kompasi (magnetski
i �iroskopi) 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, odre�ivanje projekcijske matrice metodom najmanjih kvadrata
(LS metoda). Eksperimentalni primjer rje�avanje problema kalibracije kamere. Uzorkovanje slike, izbor frekvencije uzorkovanja, dvodimenzionalna
Fourierova transformacija. Zna�ajke slike: boja i sjena, opti�ki tok,
korelacija, izdvajanje zna�ajki, 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, obilje�avanje komponenti i segmentacija zasnovana na granicama regije. Registracija slike, pronala�enje korespondentnih ta�aka 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 okru�enja, planiranje kretanja
i upravljanje. Vertikalna i horizontalna dekompozicija upravlja�kog
sistema mobilnog robota. Navigacijske strukture: planska (modelska),
reaktivna, pona�ajna (behavioristi�ka), 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.
Pogre�ke odometrije: sistemske i nesistemske pogre�ke. Elipse pogre�ki
- region nesigurnosti oko stvarne pozicije robota. Mjerenje odometrijskih
pogre�aka, pogre�ka uslijed nejednakih polumjera kota�a, pogre�ka
uzrokovana nesigurno��u uslijed zakreta (rotacije) mobilne platforme.
Mjerenje sistemskih pogre�ki: jednosmjerni i dvosmjerni (UMBmark)
testovi kvadratne putanje. Mjerenje nesistemskih pogre�aka, pro�ireni
UMBmark test. Redukcija odometrijskih pogre�aka, sistemska kalibracija,
eliminiranje pogre�aka orijentacije - tipovi A i B. |
PDF |
8. |
PRIKAZ ODOMETRIJSKIH
POGRE�KI POMO�U SLU�AJNIH VARIJABLI I NORMALNE DISTRIBUCIJE.
Slu�ajna varijabla, funkcija gusto�e vjerojatnosti, srednja vrijednost,
varijanca, uzora�ka srednja vrijednost, uzora�ka varijanca. Odre�ivanje
pogre�ke odometrije uzorkovanjem slu�ajne varijable, zajedni�ka distribucija,
Markovljevo robotsko kretanje, kumulativna distribucija, Gauss-Newtonova
iteracija. Prikaz pogre�ke odometrije mobilnog robota pomo�u normalne
distribucije: ra�unanje kovarijantne matrice, rotacija kovarijance.
Propagacija pogre�ke mobilnog robota tokom kretanja, |
PDF |
| 9. |
LOKALIZACIJA KORI�TENJEM
ORIJENTIRA I PRO�IRENOG KALMANOVOG FILTRA (EKF).
Orijentiri za estimaciju polo�aja: prirodni i umjetni. Triangulacija
sa dva i tri orijentira. Ispitivanje djelovanja poreme�aja pomo�u
matrice Jacobiana. Triangulacija sa neizvjesnostima, geometrijska
dilutacija preciznosti (GDOP), karakteristike GDOP-a, implicitni GDOP.
Konturni dijagrami. Kalmanov filter za estimaciju stanja, jednad�be
prijelaza stanja i jednad�be mjerenja. Pro�ireni Kalmanov filtar (EKF).
Primjer kori�tenja EKF-a u estimaciji polo�aja mobilnog robota. |
PDF |
10. |
GRADNJA MAPE ROBOTSKE
OKOLINE. Metri�ke i topolo�ke mape,
prednosti i nedostaci kori�tenja. Koraci u gradnji metri�ke mape:
interpretacija mjerenja senzora, fuzija mjerenja senzora i osvje�avanje
mape. Postupci gradnje metri�kih mapa: Bayesova teorija vjerojatnosti
i Dempster-Shaferova teorija uvjerenja. Topolo�ke mape. Osnovni pojmovi
iz teorije grafova. Topolo�ki graf. |
PDF |
11. |
UPRAVLJANJE KRETANJEM
MOBILNOG ROBOTA. Upravljanja kretanjem
kinemati�kim i dinami�kim modelima mobilnih robota. Kaskadni sistem
upravljanja brzinom i pozicijom mobilnog robota. Princip slije�enja
virtualnog robota. PI regulator pozicije. Sinteza backstepping regulatora
pozicije. Pode�avanje parametara regulatora genetskim algoritmom.
Hibridni backstepping regulator. Usporedba rezulatat slije�enja slo�ene
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 kori�tenjem
dekompozicije prostora (segmenata). Dekompozicija segmenata sa fiksnom
rezolucijom, triangulacijom, fiksnom i varijabilnom dekompozicijom. Metoda potencijalnih polja. Algoritam
reduciranja broja relevantnih prepreka zasnovan na djelovanju privla�nih
i odbojnih sila uz kori�tenje neizrazitih pravila zaklju�ivanja. Problem
lokalnog minimuma. |
PDF |
13. |
ALGORITMI IZBJEGAVANJA
PREPREKA I ALGORITMI PRETRA�IVANJA GRAFOVA.
Hibridni algoritmi planiranja putanje: Bug algoritami (Bug 1i Bug2) i VFH metod (kori�tenje
polarnog histograma). Algoritmi pretra�ivanja grafova: A* algoritam
i Dijkstra algoritam. Primjeri kori�tenja u mobilnoj robotici. Usporedba
Dijkstra i A* algoritama. |
PDF |
14. |
VI�EROBOTSKI TIMOVI.
Osnovni pojmovi, usporedba skupine robota i pojedina�nog robota, prednosti
i nedostaci. Karakteristike vi�erobotskih timova: heterogenost i homogenost,
upravljanje, kooperacija, ciljevi. Arhitekture skupine robota: Nerd
Herd i Alliance. Dizajn vi�erobotskih sistema. Alokacija zadataka.
Koordinacija mobilnih kori�tenjem MB (market based) algoritma. Me�urobotska
timska komunikacija. |
PDF |
|