Prehľad softvéru pre riadenie humanoidných robotov

•Kamil Nemčík, Hospodárska informatika

Obsah1. Základné definície

▫Riadenie, Kybernetika, Umelá inteligencia

▫Robot Humanoidný robot

2. Roboty▫História humanoidných

robotov3. Softvér pre riadenie

human. Robotov▫Microsoft Robotics

Developer Studio▫Webots▫Choreographe▫Ostatné SW

Základné definície - I• Riadenie

▫ Riadenie je činnosť, kedy sa na základe predpísaného algoritmu sleduje systém a po zistení výchylky od požadovaného stavu alebo priebehu sa vykonajú korekcie, aby sa do neho systém vrátil.

• Kybernetika▫ Kybernetika je disciplína, ktorá skúma riadiace a

regulačné procesy v biologickej sfére, v technike a v spoločnosti a navrhuje modely na znázornenie, transformáciu a spracovanie informácií. Všetky automatické zariadenia na spracovanie dát sú v tomto zmysle kybernetickými strojmi a samotná informatika je náuka o kybernetických strojoch a metódach.

Základné definície - II• Umelá inteligencia

▫ M.Minsky Umelá inteligencia je veda o vytváraní strojov alebo

systémov, ktoré budú na riešenie úloh používať postup, ktorý, ak by ho použil človek, by sme považovali za prejav jeho inteligencie.

▫ Z.Kotek Umelá inteligencia je vlastnosťou človekom umelo

vytvoreného systému, vyznačujúceho sa schopnosťou rozpoznávať javy, predmety, situácie, analyzovať vzťahy medzi nimi a tak vytvárať vnútorné modely sveta a na základe toho robiť účelné rozhodnutia, vrátane schopnosti predvídať dôsledky týchto rozhodnutí a schopnosti objavovať nové zákonitosti.

▫ M.Arbin Umelá inteligenciu možno charakterizovať ako snahu

programovať počítače tak, aby sa chovali spôsobom, ktorý by sme nazvali inteligentným, keby šlo o človeka (keby sme nevedeli, že to dokáže aj počítač).

Základné definície - III• Robot

▫ od robota vyžaduje schopnosť premiestnenia, schopnosť vzájomného pôsobenia s vonkajšími objektmi

▫ robot je zložitý systém so snímačmi, na získavanie informácií z okolitého prostredia, výkonnými mechanizmami pôsobiacimi na objekty v okolí, ktorý je schopný pracovať tak, aby splnil určené úlohy aj v premenlivom prostredí.

• Humanoidný robot▫ Je to robot, ktorý svojou konštrukciou a

vonkajším výzorom pripomína ľudské telo, má antropomorfný tvar

▫ Disponuje trupom, hornými, dolnými končatinami a hlavou.

▫ Niektoré projekty sa zameriavajú iba na určité detaily tvorby humanoidného robota, ako je napríklad hlava, horná končatina, ruka s perspektívou vytvorenia celého humanoida.

História humanoidných robotov - I• WABOT-1

▫ prvý plnohodnotný humanoidný robot. ▫ Jeho vlastnosti :

ovládania končatín systém videnia systém pre konverzáciu.

▫ schopný komunikovať v japonskom jazyku. ▫ Používal externé receptory na meranie vzdialeností  a

smeru orientácie  objektov ▫ schopný  chodiť  a  uchopiť a transportovať objekty

pomocou svojich rúk , ktoré boli vybavené hmatovými senzormi.

• WABOT-2▫ Cieľom bola hra na klávesových hudobných nástrojoch ▫ vedel konverzovať s človekom,▫ čítať bežné notové zápisy pomocou svojich očí▫ hrať melódie  priemernej obtiažnosti na elektronickom

organe▫ schopný hudobného doprovodu osoby pokiaľ ju počul

spievať.

História humanoidných robotov - II• Honda Motor Company

▫ Počas sedmich rokov bolo vyvinutých sedem humanoidov ktoré boli označené ako E0 - E6.

▫ ambiciózny cieľ - zostrojiť dvojnohého robota za použitia vlastne vyvinutých nových a revolučných technológií.

▫ V roku 1986 postavili svojho prvého robota schopného chôdze bol to E0.

▫ Robot bol schopný kráčať iba veľmi pomaly - trvalo mu takmer päť sekúnd na vykonanie jedného kroku. Honda sa preto rozhodla dôkladne preskúmať a analyzovať ľudskú chôdzu. Na základe týchto informácií započali program zameraný na vývoj rýchlo chodiaceho robota.

▫ E2  dosiahol  rýchlejšiu chôdzu - okolo 1.2 km/h na rovnom povrchu. ▫ E3  bol schopný rýchlej a stabilnej chôdze v ľudskom životnom

prostredí, obzvlášť na nerovných povrchoch, svahoch a schodoch, bez toho , aby spadol

• Hadaly▫ vyvinutý v roku 1995▫ slúžil na štúdium komunikácie medzi človekom a robotom. ▫ pozostával z troch subsystémov :

subsystém "hlava-oči“ - otočenie sa smerom ku  hovoriacemu systém ovládania hlasu pre počúvanie a pre hovorenie -

konverzacia  s človekom  v  japončtine subsystém riadenia pohybov - pohyboval  ramenami smerom ku

vytýčeným miestam.

História humanoidných robotov - III• Humanoid• P1

▫ vedel  napríklad zapínať a vypínať elektrické spínače , alebo počítač

▫ uchopiť kľučku na dverách, dvíhať  a prenášať rôzne veci

▫ Meral takmer dva metre a vážil 175 kg. • P2

▫ bol prvý sám sa riadiaci, humanoidný robot

▫ Používal bezdrôtové komunikačné technológie, jeho trup obsahoval počítač, pohonné jednotky, batérie

▫ Bol vysoký 1,82m a vážil  210 kg. • P3

▫ predstavený v septembri  1997. ▫ Rozmery a hmotnosť boli zredukované. ▫ Bol menší a viac vhodný do ľudského

prostredia▫ Bol 1,60m vysoký a vážil 130kg

História humanoidných robotov - IV

• NAO▫ humanoidný, autonómny,

interaktívny a plne programovateľný robot vytvorený spoločnosťou Aldebaran Robotic

▫ vybavený dvoma reproduktormi umiestnenými po oboch stranách hlavy

▫ francúzsky a anglický jazyk, v súčasnosti sa vyvíjajú ďalšie jazyky pre vocal syntézu.

▫ môže prehrať hudobný súbor vo formáte wav a mp3

▫ vidí pomocou dvoch CMOS 640 x 480 kamier

▫ Nao má štyri mikrofóny zasadené do jeho hlavy na rozpoznávanie hlasu a analýzu systému.

▫ Nao obsahuje sadu algoritmov pre detekciu a rozpoznávanie tvári a predmetov, a tak je schopný rozpoznať osobu, ktorá s ním hovorí, nájsť loptu a nakoniec aj oveľa zložitejšie objekty

Softvér pre riadenie humanoidných robotov

•Microsoft Robotics Developer Studio•Webots•Choreographe•Ostatné SW

Základné komponenty CCR(Concurrency and Coordination Runtime) DSS(Decentralized Software Services) VPL (Visual Programming Language) VSE(Visual Simulation Environment)

Windows-based, podpora jazykov: C # Visual Basic. NET , JScript IronPython

Podpora robotov: Pioneer DX,Pioneer AT,

Nao, Lego Mindstorms NXT, Kondo KHR-1

Microsoft Robotics DeveloperStudio – ukážka 1

Microsoft Robotics DeveloperStudio – ukážka 2

Microsoft Robotics DeveloperStudio – ukážka 3

WebotsOS

Linux: Ubuntu, RedHat, Mandrake, Debian, Gentoo

Windows: Windows 7, Windows Vista , Windows XP

Macintosh: Mac OS X 10.5 ”Leopard” , 10.6 ”Snow Leopard

Jazyky C, C++

Java,Python, MATLAB

URBI (AIBO, Nao a E-puck)

Roboty E-puck, Aibo, Nao, Lego

Mindstorms,KHR-2HV, KHR-3HV

Choregraphe

OS Mac OSX Leopard 10.5 Linux Ubuntu 32 bits Windows XP 32 bits

Jazyky Urbi Python

Pracovná plocha Box library Flow diagram 3D Nao

Ostatné programy

Player/Stage

Ostatný SW

Použitá literatúra• http://sk.wikipedia.org/wiki/Robot• http://www.milosnemec.cz/clanek.php?id=188• http://kiwiki.fmtnuni.sk/mediawiki/index.php/

Umel%C3%A1_inteligencia_a_jej_v%C3%BDvoj• http://sk.wikipedia.org/wiki/Kybernetika• http://web.tuke.sk/sjf-kaar/stranky/

Predmetove_str/TK/material/Prednasky/Uvod%20do%20kybernetiky.pdf

• http://en.wikipedia.org/wiki/Humanoid_robot• http://neuron-ai.tuke.sk/~repak/roboti/• http://neuron.tuke.sk/jaksa/theses/2010/Copjak-

Jaksa-Bc10-thesis.pdf

Ďakujem za vašu pozornosť