Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Факультет информационных технологий и вычислительной техники
МИЭМ НИУ ВШЭ
Программа дисциплины «Управление робототехническими системами»
для специальности 230102 «Автоматизированные системы обработки информации и управления» подготовки специалиста
Автор программы:
, ассистент, *****@***ru
Одобрена на заседании кафедры ИТАС «___»____________ 2012 г
Зав. кафедрой _______________________________
Рекомендована профессиональной коллегией УМС по направлению « »
«___»____________ 2012 г
Председатель _______________
Утверждена УС МИЭМ НИУ ВШЭ «___»_____________2012 г.
Ученый секретарь ________________________
Москва, 2012
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
1. Цели и задачи дисциплины.
1.1. Цель преподавания дисциплины.
Усвоение студентами методов и алгоритмов построения подсистем управления робототехнических систем (РТС), включающих элементы искусственного интеллекта. Практическое применение полученных знаний при постановке, разработке и реализации РТС.
1.2. Задачи изучения дисциплины.
В ходе изучения дисциплины студенты должны овладеть следующими знаниями:
· Структура робототехнической системы (РТС). Основные понятия и определения робототехники. Классификация РТС. Виды систем управления роботами.
· Управление адаптивными и интеллектуальными роботами
· Управление роботами-манипуляторами
2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.
2.1. Знания и умения студентов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
а) знать:
· основные понятия и определения робототехники, а также классификацию роботов;
· программную и аппаратную структуру основных видов систем управления (СУ);
· модели и алгоритмы управления двигательной подсистемой РТС;
· принципы и типы моделей для управления интеллектуальными роботами;
б) уметь:
· ставить техническое задание на проектирование алгоритмического и информационного обеспечения СУ РТС;
· выбирать алгоритмы и модели управления, кодировать их на современных специальных и универсальных языках программирования;
· учитывать особенности алгоритмического и программного обеспечения для задач нижнего уровня управления РТС, уровня их взаимодействия и уровня производственной системы.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы | Всего часов | Семестр |
9 | ||
1.2 Общая трудоемкость дисциплины | 119 | 119 |
Аудиторные занятия | 68 | 68 |
Лекции | 34 | 34 |
Практические занятия (ПЗ) | 17 | 17 |
Семинары (С) | - | - |
Лабораторные работы (ЛР) | 17 | 17 |
другие виды аудиторных занятий | - | - |
Самостоятельная работа | 51 | 51 |
Курсовая работа | - | - |
Расчетно-графические работы | - | - |
Реферат | - | - |
другие виды самостоятельной работы | к. р. | к. р. |
Вид итогового контроля (зачет, экзамен) | Экзам. | Экзам. |
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
N п/п | Раздел дисциплины | Лекции | ПЗ | ЛР |
1 | Вводный раздел. | 4 | - | - |
2 | Управление адаптивными и интеллектуальными роботами | 26 | 17 | 17 |
3 | Управление роботами-манипуляторами | 4 | - | - |
1.2.1 Итого: | 34 | 17 | 17 |
4.2. Содержание разделов дисциплины
N п/п | Раздел дисциплины | Содержание | Объем в часах |
1 | 2 | 3 | 4 |
1 | Вводный раздел. | 1. Задачи и состав дисциплины. Структура робототехнической системы (РТС). Основные понятия и определения робототехники. Классификация и степень интеграции РТС. Виды систем управления роботами. | 4 |
2 | Управление адаптивными и интеллектуальными роботами | 2.1. Структурно - функциональная схема интеллектуального робота. 2.2. Некоторые задачи искусственного интеллекта в робототехнике: · Значение семантики на примере «мира блоков» · Гипотезы Брукса и категориальная архитектура · Планирование в робототехнике · Использование макросов планирования: STRIPS · Адаптивное планирование · Реализация планировщика на языке PROLOG 2.3. Архитектура SAPHIRA для автономных подвижных роботов · Поведения и нечеткое управление · Использование артефактов в поведениях · Клиентская часть архитектуры системы Saphira · Схемы деятельности и Colbert - язык адаптивного управления. · Сервер и имитатор робота. | 26 |
3 | Управление роботами-манипуляторами | 3.1.Структура подсистемы управления. 3.2.Модели и алгоритмы управления двигательной (манипуляционной) подсистемой РТС. | 4 |
4.3. Понедельный план проведения занятий
4.3.1. Лекционные занятия
Семестр | № неде-ли | Наименование лекции |
1 | 2 | 3 |
9 | 1 | Задачи и состав дисциплины. Структура робототехнической системы (РТС). Основные понятия и определения робототехники. |
9 | 2 | Классификация РТС. Виды систем управления роботами. |
9 | 3 | Структурно - функциональная схема интеллектуального робота. Классификация |
4 | Некоторые задачи искусственного интеллекта в робототехнике: · Значение семантики на примере «мира блоков» | |
9 | 5 | · Гипотезы Брукса и категориальная архитектура |
9 | 6 | · Планирование в робототехнике |
9 | 7 | · Использование макросов планирования: STRIPS |
9 | 8 | · Адаптивное планирование · Реализация планировщика на языке PROLOG |
9 | 9 | Архитектура SAPHIRA для автономных подвижных роботов. · Поведения и нечеткое управление. |
9 | 10 | Архитектура SAPHIRA для автономных подвижных роботов. · Поведения и нечеткое управление. |
9 | 11 | · Использование артефактов в поведениях. |
9 | 12 | · Клиентская часть архитектуры системы Saphira Операционная система микро-задач. Синхронные и асинхронные подпрограммы пользователя |
9 | 13 | · Клиентская часть архитектуры системы Saphira. Загружаемые и автономные клиенты. Прямое управление движением |
9 | 14 | · Схемы деятельности и Colbert - язык адаптивного управления. |
9 | 15 | · Схемы деятельности и Colbert. Язык и cемантика языка Colbert. Параллельные деятельности и синхронизация · Сервер и имитатор робота. |
9 | 16 | Иерархическая многоуровневая структура СУ. Программное обеспечение СУ. Однородные координаты и преобразования. Связь систем координат. Специальная система координат (Денавита - Хартенберга) |
9 | 17 | Прямые и обратные задачи кинематики при управлении положением и скоростью манипулятора. Позиционное управление |
4.3.2. Практические занятия.
Се-местр | № неде-ли | Наименование практических работ |
9 | 1 | Знакомство с конструкцией и прогр. обеспечением автономного мобильного робота. Команды робота изнутри |
9 | 3 | Знакомство с работой системы SAPHIRA для программирования и имитации адаптивных роботов |
9 | 5 | Выдача вариантов движения робота и их программирование на внутреннем языке COLBERT |
9 | 7 | Программирование роботов на внутреннем языке COLBERT: изучение структуры и подготовка файлов параметров робота и окружающей его среды. |
9 | 9 | Программирование роботов на внутреннем языке COLBERT: программирование деятельности |
9 | 11 | Программирование на языке С для загружаемых клиентов управления адаптивным роботом |
9 | 13 | Контрольная работа (демонстрация разработанных программ управления робота на имитаторе). |
4.3.3. Самостоятельная работа
4.3.3.1. Содержание работы
N п/п | Содержание работы | Объем в час. |
1 | Подготовка к лекциям | 17 |
2 | Подготовка к практическим занятиям и контрольным работам | 17 |
3 | Подготовка к лабораторным работам | 17 |
4.3.3.2. Домашние работы. Отсутствуют
4.3.4. Курсовая работа. Отсутствует
5. Лабораторный практикум
N п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Объем (час) | Се-местр |
1 | 2 | Лабораторная работа № 3. Знакомство с системой управления робота LEGO Mindstorms-2 | 4 | 9 |
2 | 2 | Лабораторная работа № 2. Программирование перемещений робота с использованием датчиков контактов и моторов | 4 | 9 |
3 | 2 | Лабораторная работа № 3. Программирование перемещений робота с использованием датчика освещенности и ИК-локатора препятствия | 4 | 9 |
4 | 2 | Лабораторная работа № 4. Программирование взаимодействия группы роботов с использованием средств коммуникации | 4 | 9 |
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
6.1. Рекомендуемая литература.
а) Основная литература
1. Люгер. Искусственный интеллект. Стратегии и методы решения сложных проблем. 4-е изд-е: Пер. с англ. –М.: Изд. дом "Вильямс", 2003, - 864 с.: ил.
2. Программирование управления игровым мобильным роботом LEGO Mindstorms-2. Методические указания к лабораторному практикуму по курсу Управление роботехнических систем. / Моск. гос. ин-т электроники и математики; Сост. , М., 2006, 40 с.
б) Дополнительная литература:
1. , Мелехин поведения интеллектуального робота/ "Энергоатомиздат", М.,1994.
2. Алиев роботы с нечеткими базами знаний/ "Радио и связь", М., 1995.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.
6.2.1. Перечень дисциплин, усвоение которых необходимо для изучения данной дисциплины:
· алгоритмические языки и программирование;
· системы искусственного интеллекта;
· автоматизация и интеллектуализация процессов управления;
· языки программирования задач искусственного интеллекта;
6.2.2. Компьютерные программные системы:
· Программное обеспечение SAPHIRA среды разработки программ управления и имитации автономных подвижных роботов. (MS Windows)
· BricxCC - интегрированная среда разработки прикладных программ для LEGO Mindstorms-2 .
· Программа графической имитации движения роботов-манипуляторов (дипл. проект Р. Билялова 2006 г.)
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
· 5 наборов «LEGO Mindstorms-2»
· Класс персональных компьютеров с процессором не хуже Пентиум 150 МГц
8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
Основное внимание в данном учебном курсе уделено изучению роботов с элементами интеллекта. Практические и лабораторные работы в основном посвящены знакомству и программированию действий автономного мобильного робота, имеющего хотя бы минимальные элементы очувствления, например, сенсоры контакта, освещенности или ультразвуковые локаторы. Другим объектом внимания курса являются алгоритмы управления подвижными системами роботов-манипуляторов без ознакомления с таким реальным роботом.
