Σχεδίαση και Προσομοίωση Ρομποτικών Συστημάτων

Γενικά

• Κωδικός: Ρ103
• Εξάμηνο: 1o
• Επίπεδο Σπουδών: Μεταπτυχιακό
• Τύπος μαθήματος: Κορμού
• Γλώσσα διδασκαλίας και εξετάσεων: Ελληνικά
• Το μάθημα διατίθεται σε φοιτητές Erasmus
• Μονάδες ECTS: 7.5

Περιεχόμενα μαθήματος

• 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

Μαθησιακοί Στόχοι

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

• 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

Μέθοδοι Διδασκαλίας

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

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

– 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.

Οργάνωση Διδασκαλίας

Αξιολόγηση Φοιτητών

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.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

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.