ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Αυτόνομα Ρομποτικά Συστήματα

1. ΓΕΝΙΚΑ

ΣΧΟΛΗ	Σχολή Μηχανικών
ΤΜΗΜΑ	Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής, Υπολογιστών και Τηλεπικοινωνιών
ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΠΟΥΔΩΝ	Μεταπτυχιακό
ΚΩΔΙΚΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ	%cf%81201	ΕΞΑΜΗΝΟ ΣΠΟΥΔΩΝ		2o
ΤΙΤΛΟΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ	Αυτόνομα Ρομποτικά Συστήματα
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) .	Ειδίκευσης
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 σκοπεύει να εισαγάγει τους φοιτητές α) στους μηχανισμούς κίνησης των αυτόνομων ρομπότ β) στις βασικές αρχές εντοπισμού αυτόνομων οχημάτων μέσω αδρανειακών/ενεργών αισθητήρων και αισθητήρων όρασης γ) σε σύγχρονες μεθόδους χαρτογράφησης και εξερεύνησης του περιβάλλοντος, γ) στους βασικούς αλγόριθμους αποφυγής εμποδίων και αυτόνομης πλοήγησης. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές/τριες θα είναι εξοικειωμένοι: – με τις βασικές έννοιες της τροχήλατης κίνησης και της κίνησης με μηχανικά πόδια – με το ευθύ και αντίστροφο πρόβλημα της κίνησης με όχημα διαφορικής οδήγησης και με όχημα πανκατευθυντικής (omni-directional) οδήγησης – με τους βασικούς αισθητήρες μέτρησης της κίνησης (επιταχυνσιόμετρα, μαγνητόμετρα, οπτικούς κωδικοποιητές), εύρεσης της απόστασης από εμπόδια (LiDARs) – με τη χρήση στερεοσκοπικών συστημάτων για παραγωγή χαρτών βάθους και ανακατασκευή του τρισδιάστατου χώρου – χρήση βιβλιοθήκης OpenCV για την υποστήριξη εφαρμογών ρομποτικής όρασης – με τους βασικούς στοχαστικούς αλγορίθμους για τη διόρθωση των σφαλμάτων αισθητήρων κατά τη διαδικασία του εντοπισμού – με τις βασικές μεθόδους ρομποτικής χαρτογράφησης – με βασικές μεθόδους, τεχνικές και αλγόριθμους σχεδίασης διαδρομής – με βασικές μεθόδους, τεχνικές και αλγόριθμους αποφυγής εμποδίων
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
• Εμβάθυνση σε προβλήματα που απαιτούν προχωρημένη μαθηματική επεξεργασία • Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών • Αυτόνομη και Ομαδική εργασία, μέσω σχεδίων εργασίας

3. ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

• Είδη Αυτόνομων ρομπότ (ξηράς, ιπτάμενα, υποβρύχια). Εφαρμογές: εξερεύνηση, διάσωση, γεωργία, αυτόνομη οδήγηση.

• Μηχανισμοί κίνησης αυτόνομων ρομπότ: δίποδα, τετράποδα, εξάποδα ρομπότ. Ρομπότ με ρόδες. Τύποι τροχών και διάταξη τροχών. Τύποι ιπτάμενων οχημάτων.

• Κινηματική αυτόνομων οχημάτων. Αναπαράσταση της θέσης στο σύστημα συντεταγμένων.

• Ρομποτικοί αισθητήρες. Αισθητήρες αφής. Αδρανειακοί αισθητήρες οδομετρίας. Αισθητήρες απόστασης. Εντοπισμός της θέσης από μετρήσεις οδομετρίας. GPS.

• Ορόσημα (Landmarks). Τριγωνισμός. Εξαγωγή χαρακτηριστικών από αισθητήρες απόστασης. Ο αλγόριθμος RANSAC.

• Κάμερες και αισθητήρες CCD. Στερεοσκοπική όραση. Χάρτες βάθους. Ανιχνευτές χαρακτηριστικών σημείων σε εικόνες. Εντοπισμός με οπτική οδομετρία.

• Εντοπισμός με βάση τις μετρήσεις. Θόρυβος αισθητήρων.

• Χαρτογράφηση. Μετρικοί χάρτες. Πλέγματα κατάληψης.

• Ταυτόχρονος εντοπισμός και χαρτογράφηση. (SLAM).

• Μέθοδοι, τεχνικές και αλγόριθμοι βέλτιστου σχεδιασμού διαδρομής αυτοκινούμενου ρομπότ. Μέθοδοι γράφων. Αλγόριθμοι αναζήτησης βέλτιστης διαδρομής σε γράφους.

• Μέθοδοι, τεχνικές και αλγόριθμοι πλοήγησης και αποφυγής εμποδίων

4. ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ και ΜΑΘΗΣΙΑΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ - ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ

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

Το μάθημα διδάσκεται διά ζώσης. Μετωπική ανάπτυξη της ύλης στον πίνακα, πρόσωπο με πρόσωπο, με παράλληλη σύγχρονη μετάδοση της διδασκαλίας μέσω της Ιδρυματικής πλατφόρμας ΖΟΟΜ.

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

– Λογισμικό ανοικτού κώδικα OpenCV

-Λογισμικό Matlab

– Χρήση του Συστήματος Ηλεκτρονικής Εκπαίδευσης της Πανεπιστημιούπολης Σερρών για την υποστήριξη της μαθησιακής διαδικασίας

– Οπτικοακουστικό υλικό

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

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 τριών σχεδίων εργασίας	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 τρεις εργασίες των φοιτητών, που συμμετέχουν ισοδύναμα στη διαμόρφωση του τελικού βαθμού: μία σε θέματα κινηματικής οχήματος, μία σε θέμα εύρεσης χάρτη βάθους και 3Δ ανακατασκευής και μία σε θέμα βέλτιστου σχεδιασμού διαδρομής και αποφυγής εμποδίων.

5. ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Συγγράμματα

1. “Ιntroduction to autonomous mobile robots”, Roland Siegwart, Illah R. Nourbakhsh, and Davide Scaramuzza. – 2nd ed., Cambridge, Mass. : MIT Press, 2011.

2. “Autonomous Land Vehicles”, K. Berns, E. von Puttkamer, Vieweg and Teubner.

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

4. “Probabilistic Robotics”, M. Thrun, MIT Press.

5. “Obstacle Avoidance in Multi-Robot Systems, Experiments in Parallel Genetic Algorithms”, Mark A C Gill (Author), Albert Y Zomaya (Author)

6. “Robot Path Planning and Obstacle Avoidance by Means of Potential Function Method”, Bassam Hussien, University of Missouri-Columbia