ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Σχεδίαση και Προσομοίωση Ρομποτικών Συστημάτων

1. ΓΕΝΙΚΑ

ΣΧΟΛΗ	Σχολή Μηχανικών
ΤΜΗΜΑ	Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής, Υπολογιστών και Τηλεπικοινωνιών
ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΠΟΥΔΩΝ	Μεταπτυχιακό
ΚΩΔΙΚΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ	%cf%81103	ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΠΟΥΔΩΝ		1o
ΤΙΤΛΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ	Σχεδίαση και Προσομοίωση Ρομποτικών Συστημάτων
ΑΥΤΟΤΕΛΕΙΣ ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΕΣ σε περίπτωση που οι πιστωτικές μονάδες απονέμονται σε διακριτά μέρη του μαθήματος π.χ. Διαλέξεις, Εργαστηριακές Ασκήσεις κ.λπ. Αν οι πιστωτικές μονάδες απονέμονται ενιαία για το σύνολο του μαθήματος αναγράψτε τις εβδομαδιαίες ώρες διδασκαλίας και το σύνολο των πιστωτικών μονάδων.			ΕΒΔΟΜΑΔΙΑΙΕΣ ΩΡΕΣ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ		ΠΙΣΤΩΤΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ
Προσθέστε σειρές αν χρειαστεί. Η οργάνωση διδασκαλίας και οι διδακτικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται περιγράφονται αναλυτικά στο 4.
ΤΥΠΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Γενικής Υποδομής (ΓΥ),Ειδικής Υποδομής (ΕΥ), Γενικών Γνώσεων (ΓΓΔ) και Επιστημονικής Περιοχής (ΔΔΤΝ, ΕΔ, ΕΥΣ, ΗΛ, ΠΑ) .	Κορμού
ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ:
ΓΛΩΣΣΑ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ και ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ:	Ελληνικά
ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΠΡΟΣΦΕΡΕΤΑΙ ΣΕ ΦΟΙΤΗΤΕΣ ERASMUS	Ναι
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΣΕΛΙΔΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ (URL)

2. ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Μαθησιακά Αποτελέσματα Περιγράφονται τα μαθησιακά αποτελέσματα του μαθήματος οι συγκεκριμένες γνώσεις, δεξιότητες και ικανότητες καταλλήλου επιπέδου που θα αποκτήσουν οι φοιτητές μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος.
Το μάθημα αποσκοπεί στο να εισάγει τον φοιτητή στις βασικές έννοιες της σχεδίασης και προσομοίωσης ρομποτικών συστημάτων. Στα πλαίσια αυτού του μαθήματος παρουσιάζονται βασικές αρχές σχεδίασης του λογισμικού και του υλικού ρομποτικών συστημάτων. Ταυτόχρονα, παρουσιάζονται ολοκληρωμένα λογισμικά για την σχεδίαση και προσομοίωση ρομποτικών συστημάτων με έμφαση στο ROS (Robot Operating System). Τα βασικά χαρακτηριστικά τέτοιων συστημάτων είναι η γρήγορη δημιουργία πρωτοτύπων, η ενσωματωμένη μηχανή φυσικής, οι δυνατότητες 3d rendering εικονικών κόσμων αλλά και η συνεργασία τους με πραγματικές ρομποτικές διατάξεις. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές/τριες θα είναι: – εξοικειωμένοι με τεχνολογίες σχεδίασης και προσομοίωσης ρομποτικών συστημάτων – γνώστες το ROS και το πως αυτό βοηθάει στην αρχιτεκτονική ενός ρομποτικού συστήματος – σε θέση να δημιουργούν ένα μοντέλο ρομπότ και να το εισάγουν στην εξομοίωση – σε θέση να οπτικοποιούν μετρήσεις από πραγματικούς και εικονικούς αισθητήρες μέσω του RVIZ – σε θέση να σχεδιάζουν ελεγκτές PID και διαφορικής κίνησης στο περιβάλλον του Gazebo – σε θέση να τοποθετούν εικονικούς αισθητήρες στις εξομοιώσεις των ρομπότ – εξοικειωμένοι με πακέτα SLAM, χαρτογράφησης και πλοήγησης του ROS.
Γενικές Ικανότητες Λαμβάνοντας υπόψη τις γενικές ικανότητες που πρέπει να έχει αποκτήσει ο πτυχιούχος (όπως αυτές αναγράφονται στο Παράρτημα Διπλώματος και παρατίθενται ακολούθως) σε ποια / ποιες από αυτές αποσκοπεί το μάθημα;.
Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών - Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις - Λήψη αποφάσεων - Αυτόνομη εργασία - Ομαδική εργασία - Εργασία σε διεθνές περιβάλλον - Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον - Παράγωγή νέων ερευνητικών ιδεών		Σχεδιασμός και διαχείριση έργων - Σεβασμός στη διαφορετικότητα και στην πολυπολιτισμικότητα - Σεβασμός στο φυσικό περιβάλλον - Επίδειξη κοινωνικής, επαγγελματικής και ηθικής υπευθυνότητας και ευαισθησίας σε θέματα φύλου - Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής - Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών • Αυτόνομη και Ομαδική εργασία • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

3. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

• Βασικές αρχές σχεδίασης λογισμικού ρομποτικών συστημάτων.

• Εισαγωγή στο Robot Operating System

• Αρχές προσομοίωσης ρομποτικών συστημάτων

• Αρχιτεκτονική ρομποτικών συστημάτων

• Ανάλυση και σχεδίαση ρομποτικών συστημάτων μέσω Xacro και URDF

• Εξομοίωση ρομποτικών συστημάτων μέσω του Gazebo

• Εργαστηριακό σχέδιο μελέτης δίτροχου ρομπότ

• Ενσωμάτωση αισθητήρων

• Εργαστηριακό σχέδιο μελέτης βραχίονα

• Αρχιτεκτονική ενός αυτόνομου οχήματος βασισμένου στο ROS

4. ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ και ΜΑΘΗΣΙΑΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ - ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ

ΤΡΟΠΟΣ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ
Πρόσωπο με πρόσωπο, Εξ αποστάσεως εκπαίδευση κ.λπ.

Ανάπτυξη της ύλης στον πίνακα, πρόσωπο με πρόσωπο, παράλληλη σύγχρονη διδασκαλία μέσω της Ιδρυματικής πλατφόρμας ΖΟΟΜ, ασύγχρονη παρουσίαση της ύλης μέσω βιντεοσκοπημένου υλικού, Χρήση λογισμικού ROS/Gazebo

ΧΡΗΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΚΑΙ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
Χρήση Τ.Π.Ε. στη Διδασκαλία, στην Εργαστηριακή Εκπαίδευση, στην Επικοινωνία με τους φοιτητές

– Λογισμικό ανοικτού κώδικα ROS/Gazebo

– Χρήση του Συστήματος Ηλεκτρονικής Εκπαίδευσης της Πανεπιστημιούπολης Σερρών (http://elearning.cm.ihu.gr/)

– Οπτικοακουστικό υλικό και πολυμεσικές εφαρμογές

– Επικοινωνία με τους φοιτητές μέσω e-mail, πλατφόρμας ΖΟΟΜ, πλατφόρμας slack

– Υποστήριξη της μαθησιακής διαδικασίας μέσω της ιστοσελίδας του μαθήματος.

ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑΣ
Περιγράφονται αναλυτικά ο τρόπος και μέθοδοι διδασκαλίας. Διαλέξεις, Σεμινάρια, Εργαστηριακή Άσκηση, Άσκηση Πεδίου, Μελέτη & ανάλυση βιβλιογραφίας, Φροντιστήριο, Πρακτική (Τοποθέτηση), Κλινική Άσκηση, Καλλιτεχνικό Εργαστήριο, Διαδραστική διδασκαλία, Εκπαιδευτικές επισκέψεις, Εκπόνηση μελέτης (project), Συγγραφή εργασίας / εργασιών, Καλλιτεχνική δημιουργία, κ.λπ. Αναγράφονται οι ώρες μελέτης του φοιτητή για κάθε μαθησιακή δραστηριότητα καθώς και οι ώρες μη καθοδηγούμενης μελέτης ώστε ο συνολικός φόρτος εργασίας σε επίπεδο εξαμήνου να αντιστοιχεί στα standards του ECTS

Δραστηριότητα	Φόρτος εργασίας εξαμήνου
Ώρες Διδασκαλίας	39
Συγγραφή αναφοράς θεμάτων	100
Αυτοτελής Μελέτη	50
Σύνολο	189

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ
Περιγραφή της διαδικασίας αξιολόγησης Γλώσσα Αξιολόγησης, Μέθοδοι αξιολόγησης, Διαμορφωτική ή Συμπερασματική, Δοκιμασία Πολλαπλής Επιλογής, Ερωτήσεις Σύντομης Απάντησης, Ερωτήσεις Ανάπτυξης Δοκιμίων, Επίλυση Προβλημάτων, Γραπτή Εργασία, Έκθεση / Αναφορά, Προφορική Εξέταση, Δημόσια Παρουσίαση, Εργαστηριακή Εργασία, Κλινική Εξέταση Ασθενούς, Καλλιτεχνική Ερμηνεία, Άλλη / Άλλες. Αναφέρονται ρητά προσδιορισμένα κριτήρια αξιολόγησης και εάν και που είναι προσβάσιμα από τους φοιτητές.

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος διαμορφώνεται από δύο εργασίες των φοιτητών.

Η πρώτη συμμετέχει κατά 30% ενώ η δεύτερη κατά 70% στον τελικό βαθμό.

Η πρώτη εργασία έχει να κάνει με την αρχική δημιουργία ενός ρομπότ σε URDF, την εισαγωγή του στο Gazebo και την δημιουργία ενός λαβυρίνθου.

Η δεύτερη εργασία προβλέπει την επέκταση του ρομπότ, προσθέτοντάς του ένα βραχίονα, αισθητήρες, ελεγκτές διαφορικής κίνησης και ελέγχου του ρομπότ. Επίσης οι φοιτητές καλούνται να γράψουν ένα πρόγραμμα σε python που θα προσπαθεί να οδηγήσει το ρομπότ να βρει έξοδο από τον λαβύρινθο.

5. ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Συγγράμματα

1. ROS Robotics By Example, Carol Fairchild, Thomas L. Harman, 2016, Packt Publishing

2. VREP – User manual (http://www.coppeliarobotics.com/helpFiles/)

3. Gazebo – User manual and tutorial (http://gazebosim.org/tutorials)

4. “Designing Autonomous Mobile Robots, Inside the mind of an intelligent machine”, John Holand, Newness.