Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu - Centralny punkt logowania
Strona główna

Programowanie robotów mobilnych

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: 0800-AR2ROBMOB
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (0714) Elektronika i automatyzacja Kod ISCED - Międzynarodowa Standardowa Klasyfikacja Kształcenia (International Standard Classification of Education) została opracowana przez UNESCO.
Nazwa przedmiotu: Programowanie robotów mobilnych
Jednostka: Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej
Grupy:
Punkty ECTS i inne: 4.00 Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.
Język prowadzenia: polski
Wymagania wstępne:

Podstawowa wiedza z zakresu programowania, robotyki, analizy matematycznej oraz algebry.

Całkowity nakład pracy studenta:

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (60 godz.):

- udział w wykładach – 15 godzin

- udział w laboratoriach – 45 godzin


Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta (50 godz.):

- przygotowanie do wykładu- 5 godzin

- przygotowanie do laboratoriów – 15 godzin

- pisanie prac, projektów- 15 godzin

- czytanie literatury- 15 godzin


Efekty uczenia się - wiedza:

W1: zna obszary zastosowań robotów mobilnych oraz ich podział ze względu na konstrukcję – K_W07, K_W10;

W2: zna formalizm matematyczny stosowany do opisu kinematyki oraz dynamiki robotów mobilnych – K_W01, K_W02;

W3: orientuje się w zagadnieniach kinematyki prostej oraz odwrotnej – KW_02, K_W13;

W4: orientuje się w algorytmach i układach kontroli ruchu stosowanych w robotyce mobilnej – K_W04, K_W06, K_W12;

W5: orientuje się w zakresie specjalistycznych metod i narzędzi programistycznych używanych przy realizacji zadań sterowania robotów (np. Microsoft Robotics Developer Studio, RoBOSS, Matlab) – K_W02, K_W04, K_W06;



Efekty uczenia się - umiejętności:

U1: Potrafi wyszukać informacje w literaturze fachowej oraz dokumentacji technicznej, niezbędne do realizacji zadań projektowych – K_U01, K_U18;

U2: Posiada umiejętność syntezy oraz implementacji algorytmów sterowania przeznaczonych do zastosowania w robotyce mobilnej – K_U02, K_U03, K_U12;

U3: Potrafi wykorzystywać narzędzia programistyczne do realizacji projektów w obszarze robotyki mobilnej – K_U03, K_U05;

U4: Potrafi zastosować zdobytą wiedzę w praktyce inżynierskiej lub badawczej – K_U02, K_U12;

U5: Potrafi poprawnie diagnozować i rozwiązywać problemy występujące w trakcie realizacji projektów – K_U04, K_U10;

U6: Potrafi przeprowadzić testy robota, a w razie potrzeby korygować opracowane algorytmy – K_U10, K_U11;

U7: Umie opracować raport z realizacji zadania projektowego K_U07;


Efekty uczenia się - kompetencje społeczne:

K1: zna ograniczenia związane z konstrukcją i obszarem zastosowania robota mobilnego – K_K01;

K2: potrafi samodzielnie znaleźć rozwiązanie problemów projektowych, a w razie konieczności skorzystać w wiedzy eksperckiej – K_K01;



Metody dydaktyczne podające:

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

Metody dydaktyczne poszukujące:

- klasyczna metoda problemowa
- laboratoryjna
- projektu

Skrócony opis:

Celem zajęć z przedmiotu Programowanie Robotów Mobilnych jest przekazanie wiedzy z zakresu podstawowych rodzajów i metod modelowania wybranych robotów mobilnych, a także metod ich programowania. Na zajęciach laboratoryjnych realizowane będą zadania z zakresu programowania wirtualnych oraz rzeczywistych robotów mobilnych.

Pełny opis:

Wykład:

1. Wprowadzenie

a. Podział i budowa robotów mobilnych

b. Problematyka autonomicznej pracy

2. Robot Operating System

a. Programowanie robotów mobilnych

b. Koncepcja ROS

c. Zasada działania ROS

d. Tworzenie nowych węzłów

e. Kompilacja projektu

f. Węzeł publikujący

g. Węzeł subskrybujący

h. Zmienne globalne

i. Środowisko symulacyjne Gazebo

j. Pakiet RViz

3. Kinematyka prosta i odwrotna robotów mobilnych

a. Robot dwukołowy z podparciem

b. Robot trzykołowy z kołami szwedzkimi

c. Robot czterokołowy

d. Robot czterokołowy z kołami szwedzkimi

4. Budowa mapy

a. Siatka zajętości

b. Algorytm mapowania siatki zajętości

5. Lokalizacja

a. Filtr Kalmana

b. Filtr cząsteczkowy

c. Algorytm lokalizacji Monte Carlo

6. Planowanie ścieżki lokalnej

a. BUG1

b. BUG2

c. Algorytm Sztucznych Pól Potencjałowych

d. Algorytm dynamicznego okna

7. Planowanie ścieżki globalnej

a. Algorytm Dijkstra

b. Algorytm A*

c. Algorytm eksplorowania drzew losowych

d. Algorytm mrówkowy

8. SLAM - Simultaneous Localization and Mapping

a. Algorytm FastSLAM

Laboratorium:

1. Prezentacja robota mobilnego Husarion ROSbot 2.0

2. Stworzenie przykładowych węzłów subskrybujących i publikujących

3. Obsługa Gazebo i RViz (tworzenie własnych markerów) na przykładzie robota TurtleBot

4. Implementacja algorytmu planowania ścieżki lokalnej:

a. BUG1/BUG2

b. Algorytm Sztucznych Pól Potencjałowych

c. Algorytm dynamicznego okna

5. Implementacja algorytmu planowania ścieżki globalnej:

a. Algorytm Dijkstra

b. Algorytm A*

6. Implementacja algorytmu lokalizacji Monte Carlo

Zadania wykonywane podczas zajęć laboratoryjnych obejmują implementację systemów sterowania robotami mobilnymi w środowisku Robot Operating System. Następnie dokonywana jest analiza ich działania oraz interpretacja otrzymanych rezultatów.

Literatura:

Literatura podstawowa:

1. G. A. Kantor, W. Burgard, L. E. Kavraki, S. Thrun "Principles of Robot Motion: Theory, Algorithms, and Implementations", MIT Press, 2005

2. S. Thrun, W. Burgard, D. Fox, "Probabilistic Robotics", MIT Press, 2005

3. P. Corke, "Robotics, Vision and Control: Fundamental Algorithms In MATLAB", Springer, 2017

4. M. Trojnacki, „Modelowanie dynamiki robotów kołowych”, Oficyna wydawnicza PIAP, Warszawa 2013.

5. M. J. Giergiel, Z. Hendzel, W. Żylski, „Modelowanie i sterowanie mobilnych robotów kołowych”, Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 2002

6. W. Choromański, I. Grabarek, M. Kozłowski, A. Czerepicki, K. A. Marczuk, "Pojazdy autonomiczne i systemy transportu autonomicznego", Wydawnictwo Naukowe PWN, 2021

Literatura uzupełniająca:

1.K. Berns, E. von Puttkamer, „Autonomous land vehicles”, Vieweg +Teubner, Wiesbaden 2009

2. Z. Hendzel, M. Muszyńska, C. Jagiełowicz-Ryznar, „Rozmyte systemy sterowania mobilnych robotów kołowych”, Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2014

3. W. Żylski, „Kinematyka i dynamika mobilnych robotów kołowych”, Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 1996

4. Z. Hendzel, W. Żylski, A. Burghardt, „Autonomiczne mobilne roboty kołowe”, Oficyna wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2008

Metody i kryteria oceniania:

Metody oceniania:

Test wiedzy- W1, W2, W3, W4, U1, K1

Zadanie projektowe- W4, W5, U1 – U7, K2

Kryteria oceniania:

Wykład: zaliczenie na ocenę na podstawie testu wiedzy

Laboratorium: zaliczenie na ocenę na podstawie zadań realizowanych w trakcie laboratorium (5p.) oraz pracy projektowej (5p.)

ndst - 0 - 50% maksymalnej liczby punktów,

dst - 51 - 60% maksymalnej liczby punktów,

dst plus - 61 - 70% maksymalnej liczby punktów,

db - 71 - 80% maksymalnej liczby punktów,

db plus - 81 - 90% maksymalnej liczby punktów,

bdb - 91 - 100% maksymalnej liczby punktów.

Praktyki zawodowe:

nie dotyczy

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2021/22" (zakończony)

Okres: 2022-02-21 - 2022-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 15 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Łukasz Niewiara
Prowadzący grup: Łukasz Niewiara, Kamil Wyrąbkiewicz
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Zaliczenie na ocenę
Laboratorium - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Zaliczenie na ocenę

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2022/23" (zakończony)

Okres: 2023-02-20 - 2023-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 15 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Rafał Szczepański
Prowadzący grup: Rafał Szczepański, Kamil Wyrąbkiewicz
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Zaliczenie na ocenę
Laboratorium - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Zaliczenie na ocenę

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2023/24" (w trakcie)

Okres: 2024-02-20 - 2024-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 15 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Rafał Szczepański
Prowadzący grup: Rafał Szczepański, Kamil Wyrąbkiewicz
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Zaliczenie na ocenę
Laboratorium - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Zaliczenie na ocenę

Zajęcia w cyklu "Semestr letni 2024/25" (jeszcze nie rozpoczęty)

Okres: 2025-02-24 - 2025-09-30
Wybrany podział planu:
Przejdź do planu
Typ zajęć:
Laboratorium, 45 godzin więcej informacji
Wykład, 15 godzin więcej informacji
Koordynatorzy: Rafał Szczepański
Prowadzący grup: Rafał Szczepański, Kamil Wyrąbkiewicz
Lista studentów: (nie masz dostępu)
Zaliczenie: Przedmiot - Zaliczenie na ocenę
Laboratorium - Zaliczenie na ocenę
Wykład - Zaliczenie na ocenę
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu.
ul. Jurija Gagarina 11, 87-100 Toruń tel: +48 56 611-40-10 https://usosweb.umk.pl/ kontakt deklaracja dostępności mapa serwisu USOSweb 7.0.4.0-2 (2024-05-20)