Introducción a la robótica industrial y las matemáticas de algoritmos subyacentes por UTS

  • VISIÓN GENERAL
  • Share on facebook
    Share on twitter
    Share on linkedin
    Share on google
    Share on pinterest
    Nombre de la Organización:Universidad de Tecnología de Sydney
    Project Date:31-Aug-2017
    País:Australia
    Producto:20+ Dobot Magician (plan básico)
    Industria:Ingeniería Mecánica y Mecatrónica
    Casos de uso:

    Fundamentos de la robótica: cinemática y dinámica para manipuladores y robots móviles.

    Planificación de movimiento: planificación de trayectorias y trayectorias con detección / prevención de colisiones.

    Consideraciones éticas y de seguridad en robótica industrial.

  • ANTECEDENTES
  • Esta asignatura es una introducción a la robótica industrial y los algoritmos y matemáticas subyacentes. Los estudiantes desarrollan una comprensión de la representación de la pose, la cinemática y el control del manipulador de un robot industrial. Los estudiantes tienen la oportunidad de aprender sobre la variedad de tareas de manipulación de robots que son o podrían ser realizadas por robots. En equipos, los estudiantes construyen su propio robot industrial simulado. Esto incluye la oportunidad de modelar el brazo del robot y luego escribir el software de control y planificación para que pueda realizar tareas de movimiento.

    Esta asignatura integra la seguridad en el diseño y el procedimiento de trabajo, y anima a los estudiantes a conocer la ingeniería de seguridad para reducir el riesgo y evitar que ocurran accidentes relacionados con robots. Esta asignatura también investiga cuestiones éticas relacionadas con el inevitable aumento de los robots en la industria y en nuestra vida diaria. Se fomentan las discusiones sobre las implicaciones que estos cambios tienen en la sociedad, y específicamente en una mano de obra humana que puede que ya no sea necesaria por causas ajenas a ellos.

  • RESULTADOS
  • Here are a few videos that students created for their assignments (note they include older Dobot and Dobot magician)

    – Limpiar después del video anterior con una cámara Realsense de techo

    – Simulado solo pero construyeron el simulador

    Objetivos de aprendizaje de la asignatura (SLO)

    Al completar con éxito esta asignatura, los estudiantes deberían poder:

    1. Describir matemática y programáticamente la posición / orientación relativa de robots y objetos.
    2. Describe which safety systems can be used in robotics and reflect on safety engineering in relation to robotics.
    3. Reflexione sobre su aprendizaje de lo que son los robots, sus ventajas / desventajas, su función futura y las implicaciones éticas de los robots en los seres humanos en la comunidad global.
    4. Modele robots en un espacio de trabajo para permitir la detección y prevención de colisiones.
    5. Describir, implementar y aplicar técnicas sencillas de planificación de rutas utilizadas para robots industriales.

    Resultados de aprendizaje previstos del curso (CILO)

    Esta asignatura también contribuye específicamente al desarrollo de las siguientes competencias de la Etapa 1 de los resultados de aprendizaje previstos del curso del profesorado (CILO) y de Engineers Australia (EA):

    • Identificar y aplicar metodologías de resolución de problemas relevantes, que están vinculadas a las competencias de la etapa 1 de EA: 1.1, 2.1, 2.2, 2.3 (B.1)
    • Desarrollar modelos utilizando herramientas adecuadas, como software de computadora, equipo de laboratorio y otros dispositivos, que está vinculado a las competencias de la etapa 1 de EA: 2.2, 2.3, 2.4 (C.2)
    • Reflexionar sobre la experiencia personal y profesional para involucrar el desarrollo independiente más allá de la educación formal para el aprendizaje permanente, que está vinculado a las competencias de la etapa 1 de EA: 3.3, 3.5 (D.2)
    • Comunicarse de manera efectiva de manera apropiada a la disciplina, la audiencia y el propósito, que está vinculado a la Competencia Etapa 1 de EA: 3.2 (E.1)
    • Apreciar las implicaciones éticas de la práctica profesional, que está vinculada a la competencia Etapa 1 de EA: 3.1 (F.2)

    Estrategias de enseñanza y aprendizaje

    En esta asignatura, los estudiantes tendrán la oportunidad de aprender a través de videos de conferencias en línea, clases de laboratorio / tutoriales interactivos, cuestionarios colaborativos, investigaciones externas y reflexiones. Los estudiantes recibirán retroalimentación formativa a lo largo de la asignatura por parte del personal académico, mientras completan tareas y ejercicios prácticos de laboratorio semanales, y retroalimentación formativa y sumativa a través de cuestionarios en línea. Los cuestionarios son evaluaciones de bajo riesgo que acumularán puntos para la asignatura, pero también requieren que si el estudiante no alcanza el punto de referencia requerido, se le pedirá que vuelva a completar el cuestionario tantas veces como sea necesario y sin puntos adicionales. , hasta que alcancen el punto de referencia de comprensión requerido. Antes de asistir a clases, los estudiantes deben revisar los materiales asignados, tales como: ver las conferencias en línea, leer el libro de texto designado e intentar los ejercicios de laboratorio. Los cuestionarios individuales regulares en clase evaluarán el nivel de comprensión de los estudiantes y los cuestionarios en equipo fomentarán el aprendizaje colaborativo entre el grupo, ya que los estudiantes tienen muchas oportunidades de interacción. El personal académico facilitará los ejercicios de laboratorio colaborativos y las discusiones grupales de manera que el ejercicio de aprendizaje de robótica guiada promueva la indagación. Los laboratorios y las asignaciones están diseñados para presentar a los estudiantes la oportunidad de aplicar la teoría del material previo al trabajo, aprender y reforzar las habilidades prácticas, así como reflexionar sobre su propio nivel de comprensión.

    Se espera que los estudiantes asistan a todas las clases durante la sesión de enseñanza.

    Evaluación

    Tarea de evaluación 1: Revisar cuestionarios

    Intención:

    Estos cuestionarios están destinados a verificar la comprensión del trabajo previo para que los laboratorios sean beneficiosos y todos en la clase traigan conocimientos que puedan difundir.

    Objetivo (s):

    Esta tarea de evaluación aborda los siguientes objetivos de aprendizaje de la asignatura (SLO):

    1, 4 y 5

    Esta tarea de evaluación contribuye al desarrollo de los siguientes resultados de aprendizaje previstos del curso (CILO):

    B.1 y C.2

    Escribe: Prueba / prueba
    Trabajo en equipo: Individual
    Peso: 20%
    Criterios:

    Cuatro (4) cuestionarios con un valor del 5% cada uno, por un total del 20% de la nota de la materia.

    Aproximadamente 10 preguntas, generalmente todos obtienen valores y órdenes de preguntas diferentes.

    Debe intentar al menos dos veces en momentos específicos durante la clase:

    1. El primer intento es solo, sin hablar, temprano en la clase (30 minutos en total) en sesiones designadas de tutoría / laboratorio

    2. El segundo intento es más tarde en la misma clase (20 minutos en total) en grupos de 3 o menos.

    3. No son obligatorios más intentos a menos que no se haya cumplido el parámetro de referencia. No se asignó puntuación a los intentos adicionales. Se puede hacer en cualquier momento 1 semana después.

    Las puntuaciones serán 80% del 5% para el primer intento individual, 20% del 5% para el intento grupal.

    La puntuación dada es el promedio de los 2 primeros intentos. P.ej. 3 estudiantes.

    1. 4/10 en el primer intento y 10/10 en el segundo intento (grupo). Ellas obtendrán 2.6% de 5%. No necesitan volver a hacer el cuestionario en su propio tiempo, pero pueden hacerlo si lo desean.

    2. 8/10 en el primer intento y 9/10 en el segundo intento (grupo). Ellas obtendrán 4.1% de 5%. No necesitan volver a hacer el cuestionario en su propio tiempo, pero pueden hacerlo si lo desean.

    3. 4/10 en el primer intento y 5/10 en el segundo intento (grupo). Ellas obtendrán 2.1% de 5%.

    La retroalimentación formativa específica en línea se devuelve inmediatamente después de que se envía el intento de prueba. Se proporcionará retroalimentación generalizada en clase para abordar las dificultades comunes que los estudiantes tuvieron con las preguntas.

    El cuestionario se realiza en clase con teléfonos móviles, computadoras portátiles, tabletas o una computadora de laboratorio.

    Vínculos de criterios:
    Criterios Peso (%) SLOs CILOs
    Prueba 1: Modelado de robots 25 1 B.1
    Prueba 2: Modelado de robots 2 25 1 C.2
    Prueba 3: Detección / evitación de colisiones 25 4 B.1
    Cuestionario 4: planificación de rutas 25 5 C.2

    SLO: objetivos de aprendizaje de la asignatura
    CILO: resultados de aprendizaje previstos por el curso

    Tarea de evaluación 2: Tarea de laboratorio 1

    Intención:
    • Experiencia práctica para describir matemática y programáticamente la posición y orientación de enlaces, articulaciones y objetos, así como la relación entre las coordenadas de las articulaciones del robot y la posición de la herramienta.
    • Experiencia de aprendizaje colaborativo a través del modelado y el desarrollo de software que permite una mejor comprensión de los principios matemáticos, algorítmicos y de control de los brazos robóticos.
    • Mejore las habilidades de codificación de Matlab e idealmente verifique el código en línea
    • Reflexione sobre la experiencia y las ventajas, desventajas y utilidad de estos robots.
    Objetivo (s):

    Esta tarea de evaluación aborda los siguientes objetivos de aprendizaje de la asignatura (SLO):

    1, 2, 3, 4 y 5

    Esta tarea de evaluación contribuye al desarrollo de los siguientes resultados de aprendizaje previstos del curso (CILO):

    B.1, C.2, D.2, E.1 y F.2

    Escribe: Laboratorio / practico
    Trabajo en equipo: Individual
    Peso: 20%
    Vínculos de criterios:
    Criterios Peso (%) SLOs CILOs
    Dada una pose de efector final, determinar un estado conjunto 10 1 B.1
    Mueva el robot a los estados de articulación requeridos 10 1 C.2
    Trazar un entorno alrededor del robot. 15 4 C.2
    Trazar el robot y las transformaciones durante la finalización de la tarea. 15 5 B.1
    La seguridad 10 2 F.2
    Estética del código: comentarios y pulcritud 5 3 E.1
    Estética del código: cumplimiento de la norma 5 1 F.2
    Reflexiones sobre la experiencia 15 3 D.2
    Comunicación efectiva 15 3 E.1

    SLO: objetivos de aprendizaje de la asignatura
    CILO: resultados de aprendizaje previstos por el curso

    Tarea de evaluación 3: Tarea de laboratorio 2

    Intención:
    • Experiencia práctica describiendo y modelando robots con un propósito.

    • Presente el sistema, incluidas las protecciones que se diseñaron en la solución durante la clase de laboratorio programada para el día de presentación.

    • La evaluación auténtica de cada grupo (grupos de 3 o menos) recibirá un escenario diferente que es desafíos relevantes en la investigación robótica y en la industria en este momento, p. en el hogar, en la oficina, en la cocina, en un sitio de construcción, en un puente, en un patio de mantenimiento de rieles, en una planta de ensamblaje de automóviles. Cada entorno tendrá un objeto de forma similar, que es específico de la aplicación, que debe evitarse o interactuar con él.

    • Haga que el sistema realice una tarea específica (dado un obstáculo / objeto de su elección que esté programado en el sistema).

    • Planifique entre varios puntos evitando claramente los obstáculos.

    • Considere posibles extensiones del sistema.

    Notas: La demostración, técnica, implementación de codificación, diseño y pruebas se realiza en grupo y es calificada por tutores. Utiliza Spark para autoevaluarse o evaluar en grupo la parte del grupo.

    Nota sobre la nota de demostración: es puntuada subjetivamente por el tutor 50% y por una media de todos los miembros de otros grupos totalizando 50%. Calificaciones otorgadas por la complejidad y competencia de la realización de tareas.

    Objetivo (s):

    Esta tarea de evaluación aborda los siguientes objetivos de aprendizaje de la asignatura (SLO):

    1, 2, 3, 4 y 5

    Esta tarea de evaluación contribuye al desarrollo de los siguientes resultados de aprendizaje previstos del curso (CILO):

    B.1, C.2, D.2, E.1 y F.2

    Escribe: Laboratorio / practico
    Trabajo en equipo: Evaluación grupal, grupal e individual
    Peso: 40%
    Vínculos de criterios:
    Criterios Peso (%) SLOs CILOs
    Demostración de una tarea específica 20 5 B.1
    Desarrollo independiente y aprendizaje para resolver tareas auténticas. 10 5 D.2
    Seguridad del sistema 5 2 B.1
    Seguridad: modificación de la trayectoria 5 5 C.2
    Estética del código: comentarios y pulcritud 5 3 E.1
    Estética del código: comentarios y pulcritud 5 1 F.2
    Presentación de grupo 15 3 E.1
    Presentación del informe 5 3 E.1
    Problemas con el hardware / software 5 1 D.2
    Desafíos grupales y estrategias para superarlos 5 3 D.2
    Detección robótica 10 4 D.2
    Predicciones futuras para la robótica en el escenario dado 10 3 F.2

    SLO: objetivos de aprendizaje de la asignatura
    CILO: resultados de aprendizaje previstos por el curso

    Tarea de evaluación 4: Reflexión sobre el impacto social de la robótica y el modelado de interacción entre robots y entornos

    Intención:
    • Comprobar que se han comprendido las habilidades de modelado matemático y software en el material de la asignatura.
    • Discutir y diseñar la seguridad en un sistema.
    • Discutir las implicaciones de los robots en la fuerza laboral, la industria y la sociedad.
    Objetivo (s):

    Esta tarea de evaluación aborda los siguientes objetivos de aprendizaje de la asignatura (SLO):

    1, 2, 3, 4 y 5

    Esta tarea de evaluación contribuye al desarrollo de los siguientes resultados de aprendizaje previstos del curso (CILO):

    B.1, C.2, D.2, E.1 y F.2

    Escribe: Reporte
    Trabajo en equipo: Individual
    Peso: 20%
    Vínculos de criterios:
    Criterios Peso (%) SLOs CILOs
    Modela el robot y realiza operaciones cinemáticas 12 1 B.1
    Incorporar estrategias de control de robots adecuadas 12 5 C.2
    Incorporar detección y conciencia de colisiones 12 4 B.1
    Incorporar planificadores y prevención de colisiones 12 5 B.1
    Incorporar detección relevante o detección simulada en el sistema 12 2 C.2
    Explicar las consideraciones de seguridad de los robots y diseñar un sistema de seguridad para un escenario dado. 10 2 F.2
    Discutir las implicaciones de una fuerza laboral de robótica, incluyendo dónde es probable que existan trabajos. 10 3 D.2
    Discutir dónde la robótica puede agregar valor y qué mejoras se necesitan 10 3 E.1
    Discutir cómo es probable que se vea nuestra tecnología y cómo probablemente desplazará a la fuerza laboral humana en varios sectores. 10 3 F.2

    SLO: objetivos de aprendizaje de la asignatura
    CILO: resultados de aprendizaje previstos por el curso

    Textos requeridos

    Robótica, Visión y Control: Algoritmos Fundamentales en MATLAB (Springer Tracts in Advanced Robotics) 1ª ed. Edición 2011, por Peter Corke (Autor). La copia electrónica está disponible de forma gratuita en la biblioteca de UTS https://link-springer-com.ezproxy.lib.uts.edu.au/book/10.1007%2F978-3-642-20144-8

    Otros recursos

    Lectura original: http://handbook.uts.edu.au/subjects/details/41013.html