Ρομποτική

(1) ΓΕΝΙΚΑ

(2) ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

(3) ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Εισαγωγικές έννοιες, ιστορική αναδρομή. Τρέχουσα κατάσταση της ρομποτικής τεχνολογίας στο σύγχρονο βιομηχανικό περιβάλλον. Τύποι ρομποτικών συστημάτων. Βασικές εννοείς ρομποτικών βραχιόνων. Βασικοί τύποι ρομποτικών αρθρώσεων, ανοικτές-κλειστές κινηματικές αλυσίδες. Κριτήρια κινηματικής απόδοσης. Ειδή ρομπότ σταθερής βάσης, ταξινόμηση βραχιόνων σύμφωνα με τη γεωμετρική τους διαμόρφωση. Ρομποτικές αρπαγές, αισθητήρες και επενεργητές ρομποτικών συστημάτων. Βασικές έννοιες και μαθηματικά εργαλεία για τη μελέτη κινηματικής στερεού σώματος. Θεωρία ομογενών μετασχηματισμών: πλαίσια συντεταγμένων, ανύσματα θέσης, πίνακες στροφής, σύνθεση ομογενών μετασχηματισμών. Περιγραφή προσανατολισμού με γωνιές Euler. Ευθεία κινηματική ανάλυση ρομποτικού βραχίονα: κινηματικές παράμετροι βραχίονα και κινηματικές εξισώσεις. Αλγόριθμος Denavit-Hartenberg. Αντίστροφη κινηματική ανάλυση ρομποτικού βραχίονα: ύπαρξη λύσεων, χώρος εργασίας, και μέθοδοι επίλυσης του αντίστροφου κινηματικού προβλήματος. Ιακωβιανή ρομποτικού βραχίονα: τρόποι υπολογισμού και εφαρμογές της Ιακωβιανής. Σχεδίαση τροχιάς ρομποτικού βραχίονα στο χώρο των αρθρώσεων και στον καρτεσιανό χώρο κίνησης του άκρου της αρπαγής. Είδη αυτονόμων ρομπότ, Μηχανισμοί κίνησης αυτονόμων ρομπότ, Κινηματική αυτονόμων οχημάτων. Εισαγωγή στο Robotic Operating System (ROS).

Εργαστήριο: Ανάλυση ρομποτικών βραχιόνων σε περιβάλλον προσομοίωσης (χρήση OCTAVE/MATLAB). Ανάπτυξη προσομοιωμένων μοντέλων (χρήση ROS/Gazebo). Ρομποτικοί ενεργοποιητές, ρομποτικοί αισθητήρες. Μελέτη κίνησης εντρόχων οχημάτων (χρήση προσομοιωμένων και πραγματικών οχημάτων Turtlebot).

(4) ΔΙΔΑΚΤΙΚΕΣ KAI ΜΑΘΗΣΙΑΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ – ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ

Διδακτέα Ύλη ανά Εβδομάδα (13 εβδομάδες) :

1) Εισαγωγικές έννοιες. Τρέχουσα κατάσταση και τύποι ρομποτικών συστημάτων.
2) Βασικές έννοιες ρομποτικών βραχιόνων (ΡΒ). Ρύποι αρθρώσεων, κινηματικές αλυσίδες. Κριτήρια κινηματικής απόδοσης. Είδη ρομπότ σταθερής βάσης, ταξινόμηση σύμφωνα με τη γεωμετρική τους διαμόρφωση. Ρομποτικές αρπάγες, αισθητήρες και επενεργητές.
3) Βασικές έννοιες και μαθηματικά εργαλεία για τη μελέτη κινηματικής στερεού σώματος. Θεωρία ομογενών μετασχηματισμών: πλαίσια συντεταγμένων, ανύσματα θέσης, πίνακες στροφής, σύνθεση ομογενών μετασχηματισμών. Περιγραφή προσανατολισμού με γωνίες Euler.
4) Ευθεία κινηματική ανάλυση ΡΒ: κινηματικές παράμετροι και εξισώσεις.
5) Αλγόριθμος Denavit-Hartenberg. Επίλυση προβλημάτων ΡΒ.
6, 7) Αντίστροφη κινηματική ανάλυση ΡΒ: ύπαρξη λύσεων, χώρος εργασίας, και μέθοδοι επίλυσης του αντίστροφου κινηματικού προβλήματος.
8) Πρόοδος.
9) Ιακωβιανή ΡΒ: τρόποι υπολογισμού και εφαρμογές της.
10) Σχεδίαση τροχιάς ΡΒ στον χώρο των αρθρώσεων και στον καρτεσιανό χώρο κίνησης του άκρου της αρπάγης.
11) Εισαγωγή στο Robotic Operating System (ROS)
12) Είδη αυτόνομων ρομπότ, Μηχανισμοί κίνησης και κινηματική αυτονόμων οχημάτων.
13) Επαναληπτικό μάθημα.

Εργαστήρια
1) Εισαγωγή. Περιβάλλον Matlab/Octave.
2) Εξειδικευμένες τεχνικές προγραμματισμού σε περιβάλλον Matlab/Octave.
3, 4) Δημιουργία κώδικα για την κινηματική περιγραφή ΡΒ. Επίλυση προβλημάτων που έχουν διατυπωθεί στο αντίστοιχο θεωρητικό μάθημα σε υπολογιστικό περιβάλλον. Άσκ. 1.
5) Δημιουργία κώδικα επίλυσης του Αλγορίθμου Denavit-Hartenberg.
6) Επίλυση του ευθέος κινηματικού προβλήματος με χρήση κατάλληλου λογισμικού. Άσκ. 2.
7) Επίλυση του αντίστροφο κινηματικού προβλήματος με χρήση κατάλληλου λογισμικού.
8) Σχεδιασμός και αναπαράσταση τροχιάς ΡΒ σε προσομοίωση. Άσκ. 3.
9, 10) ROS, Gazebo.
11, 12) Μελέτη και προγραμματισμός έντροχου ρομποτικού οχήματος Turtlebot 3 (Εργασία στο πραγματικό όχημα και σε προσομοίωση). Άσκ. 4.
13) Τελική εξέταση.

(5) ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Σχόλια για την Αξιολόγηση των Φοιτητών :

Το κομμάτι που αφορά την αξιολόγηση των ασκήσεων του εργαστηρίου, αφορά 4 εργασίες που επιλύουν και βαθμολογούνται οι φοιτητές κατά τη διάρκεια του τρέχοντος εργαστηρίου.

(6) ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Διδακτικές σημειώσεις και συνοδευτικό υλικό που διατίθεται μέσω της ιστοσελίδας του μαθήματος.

Βιβλία

• Εμίρης Δημήτριος, Κουλουριώτης Δημήτριος, Ρομποτική, 4η Έκδοση, Εκδόσεις Τζίολα, 2020.
• J. Graig, Εισαγωγή στη Ρομποτική, 4η έκδοση, 2008.
• Ζ. Δουλγέρη, Ρομποτική, 1η έκδοση, 2007.
• Ιωάννης Μπούταλης, Ρομποτική, 2020.

Συναφή επιστημονικά περιοδικά:

• Autonomous Robots
• IEEE Transactions on Robotics
• IEEE Robotics & Automation Magazine
• The International Journal of Robotics Research
• Journal of Intelligent & Robotic Systems
• Robotics and Autonomous Systems