Service robotics

robots de servicios es un robot que opera de forma semi o totalmente autónoma para proporcionar servicios útiles al bienestar de los seres humanos y del equipamiento, excluyendo operaciones de manufactura. En esta materia se evaluarán distintos aspectos relacionados con la robótica de servicios. Por un lado, se estudiarán los aspectos principales de la robótica cognitiva, incluyendo el análisis de arquitecturas cognitivas y su aplicación a robótica humanoide. A continuación se analizará el concepto de interacción humano-robot. Por último, se analizarán las aplicaciones de la robótica de servicios en distintos ámbitos civiles.

El planteamiento de esta materia es eminentemente práctico, para que el alumno disponga de una amplia variedad de ejemplos que le permita alcanzar las competencias transversales y específicas de la materia.

La duración de la presente materia es de 48 horas de docencia expositiva (24) e interactiva (24), dejando la parte de actividades para la resolución de estas por parte del alumno, fuera del horario académico.

* Objetivos de la materia

Los objetivos perseguidos en esta materia son:

- Adquirir una visión general de las posibilidades presentes y a medio plazo de la robótica de servicios.
- Conocer cuáles son las tecnologías y los recursos para abordar el desarrollo de los robots de servicio.
- Conocer y saber aplicar las distintas técnicas de interacción hombre-robot (gestos, habla, comunicación multimodal, etc.).
- Conocer el estado del arte y perspectivas futuras en el campo de los robots personales y asistenciales.
- Conocer los fundamentos científico-técnicos de los robots personales y asistenciales
- Ser capaz de diseñar el interfaz hombre-robot adecuado para de las necesidades de una aplicación.
- Conocer las nuevas aplicaciones y oportunidades de negocio de los robots de servicios en entornos como robótica médica, asistencial, humanoides, entretenimiento, educación, etc.

La memoria del título contempla para la asignatura los siguientes contenidos:

De la robótica industrial a la de servicios. Interfaces multimodales hombre-máquina. Teleoperación de robots. Realidad aumentada. Reconocimiento/Síntesis de voz. Ademanes y expresiones faciales. Reconocimiento, detección y seguimiento de personas. Usos de los robots de servicio: inspección y mantenimiento, logística, almacenaje, reparto, agricultura, medicina, robótica doméstica. Casas inteligentes: integración de la robótica y la domótica. Robots sociales. Conciencia de la situación en los robots de servicio.

Estos contenidos serán desarrollados de acuerdo al siguiente temario articulado en torno a tres bloques principales:

BLOQUE 0 - Introducción a la robótica

- Tema 0. Introducción a la robótica de servicios

BLOQUE 1 - Robótica cognitiva

- Tema 1.1. Aspectos principales de la robótica cognitiva
- Tema 1.2. Humanoides
- Tema 1.3. Interacción cognitiva humano-robot
- Tema 1.4. Arquitecturas cognitivas
- Tema 1.5. Robótica social

BLOQUE 2 - Sistemas de interacción humano-robot

- Tema 2.1. Fundamentos de la interacción humano-máquina
- Tema 2.2. Sistemas de interacción mecánicos
- Tema 2.3. Sistemas de interacción táctiles
- Tema 2.4. Sistemas de interacción por gestos
- Tema 2.5. Sistemas de interacción por voz
- Tema 2.6. Sistemas de interacción ocular
- Tema 2.7. Sistemas de interacción basados en bioseñales
- Tema 2.8. Interacción multimodal

BLOQUE 3 - Aplicaciones de la robótica de servicios

- Tema 3.1. Robótica agrícola y forestal
- Tema 3.2. Robótica en la construcción
- Tema 3.3. Robótica para búsqueda y salvamento
- Tema 3.4. Vehículos inteligentes
- Tema 3.5. Robótica médica
- Tema 3.6. Robótica doméstica
- Tema 3.7. Robótica para la educación

Se trata de una asignatura principalmente práctica (mayor carga de horas interactivas que expositivas), en la que el alumno verá los contenidos teóricos durante las sesiones expositivas pero que profundizará en ellos principalmente en las sesiones interactivas. Esta es la razón por la que el programa de prácticas mantiene una estructura pareja a los contenidos de la asignatura. El alumno irá desarrollando los contenidos una vez expuestos en las clases teóricas.

Los módulos de prácticas principales que se desarrollarán en la asignatura son:

P1. Arquitecturas cognitivas.
P2. Sistemas de interacción de robots mediante voz.
P3. Sistemas de interacción de robots gestual.
P4. Arquitectura de interacción humano-robot en el ámbito de la robótica de servicios.

Python y C++ serán los lenguajes de desarrollo empleados para la implementación de los algoritmos requeridos para las actividades. Se empleará software de código abierto para las actividades que requieran de software de terceros.

* Bibliografía básica

[1] Christoph Bartneck, Tony Belpaeme, Friederike Eyssel, Takayuki Kanda, Merel Keijsers, Selma Šabanović. "Human-Robot Interaction, An Introduction". Cambridge University Press. 2020. ISBN: 9781108676649
[2] Siciliano, Bruno. "Springer handbook of robotics". Berlin: Springer, 2016. ISBN: 9783319325521

* Bibliografía complementaria

[3] Samani, Hooman. "Cognitive Robotics". Boca Raton: CRC Press, 2016. ISBN: 0-429-06975-8
[4] "Fundamentals of agricultural and field robotics / edited by Manoj Karkee, Qin Zhang". Ed Cham, Switzerland : Springer. 2021. ISBN : 3-030-70399-1
[5] "Innovation in agricultural robotics for precision agriculture : a roadmap for integrating robots in precision agriculture / edited by Avital Bechar". Cham, Switzerland : Springer. 2021. ISBN : 3-030-77036-2
[6] "Autonomous vehicles. Volume 1 : using machine intelligence / edited by Romil Rawat". Hoboken, New Jersey : John Wiley & Sons, Incorporated. 2023. ISBN : 9781119871958

El alumno que ha superado el curso con éxito será capaz de:

* Conocimiento

Con62. Conocer las posibilidades presentes y perspectivas futuras a medio plazo de la robótica de servicios, personal y asistencial.
Con63. Describir los fundamentos científico-técnicos de los robots personales y asistenciales
Con64. Identificar las nuevas aplicaciones y oportunidades de negocio de los robots de servicios en entornos como robótica médica, asistencial, humanoides, entretenimiento, educación, etc.

* Destreza

H/D68. Diseñar y aplicar las distintas técnicas de interacción hombre-robot.
H/D69. Emplear las tecnologías y los recursos para abordar el desarrollo de los robots de servicio.

* Competencia

Comp18. Tener capacidad para diseñar y proyectar sistemas robóticos y su implantación industrial y en el ámbito de los servicios.
Comp21. Capacidad de diseñar robots y sistemas inteligentes orientados a la interacción con personas, y adaptados a entornos domésticos y urbanos.

Los contenidos de la asignatura se impartirán indistintamente en las clases expositivas e interactivas. Las unidades teóricas y las prácticas se impartirán de manera alterna a lo largo del semestre, con el objetivo de afianzar los conceptos impartidos en ellas y utilizar la teoría como la base real de las prácticas. La realización de las prácticas es necesaria, al igual que la asistencia a clase, para aprobar la materia, puesto que teoría y prácticas se complementan.

Clases expositivas: las clases de teoría se articularán con apoyo de medios electrónicos como videos y diapositivas. A través de la herramienta de e-Learning de la USC (Campus virtual) se proporcionará al alumno el material docente de la asignatura a medida que se vaya empleando. De ser posible, se realizarán visitas técnicas a empresas e instituciones que se dediquen a la creación o utilización de robots de servicios con el fin de trasladar los conocimientos adquiridos en el aula a entornos reales de aplicación.

Clases interactivas: a lo largo del semestre el alumno tendrá que realizar un proyecto compuesto de diferentes ejercicios adecuados a los contenidos expuestos hasta el momento, de forma individual o en grupos pequeños. Para el desarrollo de las prácticas se proporcionará al alumno los recursos software necesarios (entorno y librerías).

Tutorías: las sesiones de tutorías servirán para resolver las dudas del alumno en cuanto a los contenidos de la materia y ejercicios de prácticas. Estas tutorías serán tanto presenciales como virtuales a través de correo electrónico, campus virtual o la plataforma Microsoft Teams.

Curso Virtual: Esta materia dispondrá de un curso virtual desarrollado sobre la plataforma de Campus virtual de la USC, usando además la herramienta colaborativa Microsoft Teams. Se le facilitará al alumno todo el material necesario en formato digital y distintas herramientas de comunicación para el apoyo, tanto de la docencia virtual como de las tutorías, incluyendo videoconferencia, chat, correo electrónico, foros...

Los recursos necesarios para la materia son los siguientes:

- Ordenador personal
- Entorno de desarrollo (se proporcionará al alumno)
- Copias de los apuntes de la materia
- Acceso de los alumnos a la bibliografía en la Biblioteca o por Internet.
- OpenOffice o LibreOffice para la preparación de la documentación de las prácticas.
- Acceso al campus virtual de la USC
- Acceso a Microsoft Teams

Para superar la materia, el alumno deberá aprobar por separado tanto la teoría como las prácticas.

La asistencia a las clases interactivas y expositivas es obligatoria y se tendrá en cuenta para la evaluación de la materia. Será obligatoria la asistencia por lo menos al 80% de las sesiones (salvo causas muy justificadas, según la normativa de la USC).

Las clases prácticas se realizarán a lo largo del curso durante las sesiones interactivas. El alumno recibirá diferentes ejercicios que serán desarrollados en el transcurso de las sesiones interactivas. La evolución del alumno en el ámbito práctico de la materia será evaluada con la entrega y defensa de estos ejercicios.

No se realizará ningún examen parcial de teoría.

Las preguntas del examen final se centrarán en los contenidos específicos, que se desarrollaron en la materia, en relación a sus competencias, y que podrán ser adquiridos por el alumno tanto en la parte expositiva como en la interactiva. El examen podrá constar de preguntas tipo test, preguntas cortas y problemas de casos prácticos. En el examen se evaluará el grado de asimilación de los objetivos establecidos en el programa docente de la materia.

El examen final será el 50% de la nota final de la materia y los exámenes de prácticas el otro 50%. Para poder superar la materia, estableciendo una evaluación sobre 10 puntos, será necesario obtener por lo menos un 5 en cada una de las partes (examen final y de laboratorios).

El alumno recibirá la calificación de "no-presentado" cuando no haga el examen final.

* Segunda oportunidad

Aparte de la evaluación continua, todos los estudiantes tienen derecho a asistir al examen de segunda oportunidad. Se mantiene la nota, y también su peso en la nota final, obtenida en cada una de las dos partes (teoría, laboratorios) durante el curso. En segunda oportunidad, el examen final será el 50% de la nota final de la materia y los laboratorios el otro 50%. Para poder superar la materia, estableciendo una evaluación sobre 10 puntos, será necesario obtener por lo menos un 5 en cada una de las partes.

* Dispensa de asistencia

En caso de dispensa de asistencia los alumnos estarán exentos del cumplimiento del deber de asistencia pero seguirá siendo obligatorio superar el examen teórico y los exámenes de laboratorio como el resto de los alumnos.

Los alumnos repetidores de años anteriores estarán exentos del cumplimiento del deber de asistencia a las clases presenciales. Para aprobar la materia deberán superar el examen teórico y los exámenes de laboratorio como el resto de los alumnos.

* Realización fraudulenta de ejercicios o pruebas

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación lo recogido en la "Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións" de la USC.

* Evaluación de las competencias

En general el desarrollo de las actividades prácticas, así como la preparación de los temas teóricos permitirá al alumnado trabajar las competencias básicas, generales y transversales de la materia, y conseguir los resultados de aprendizaje previstos.

La asignatura tiene asignados 6 créditos ECTS, que suponen una carga de trabajo aproximada de 150 horas. Depende del alumno organizar su tiempo de estudio de forma detallada, pero la recomendación general sería dedicarle entre 6.5 y 7.5 horas por semana (donde van incluidas las 4 horas de clase presencial).

* Trabajo presencial en el aula

- Clases expositivas: 18 horas
- Clases interactivas: 30 horas
- Tutorías en grupo (con grupos reducidos): 6 horas
- Tutorías individualizadas: 3 horas

TOTAL: 51 horas

* Trabajo personal del estudiante

- Lectura y preparación de temas: 24 horas
- Elaboración de las prácticas: 47 horas
- Preparación de trabajos: 3 horas
- Preparación de exámenes: 15 horas
- Actividades de evaluación y revisión: 10 horas

TOTAL: 99 horas

Dado que utiliza unha metodoloxía sostida na avaliación continua, é necesario un traballo continuo cos contidos da materia. É o camiño que se planeou para poder superar as diferentes actividades de avaliación que se propoñen. Tamén se considera importante aproveitar as titorías para a resolución inmediata das dúbidas que xurdan, ben nos contidos expositivos ou interactivos, ben nas actividades formativas das sesións non presenciais.

Dado que emplea una metodología sostenida en la evaluación continua, es necesario un trabajo continuado con los contenidos de la asignatura. Es la forma que se ha previsto para poder ir superando las distintas actividades de evaluación que se proponen. También se considera importante aprovechar al máximo las tutorías para la resolución inmediata de las dudas que surjan, ya sea en los contenidos expositivos o interactivos, o en las actividades formativas de las sesiones no presenciales.