Proxectos integrados I

Contexto: Esta materia é a primeira dedicada á robótica no grao e ten como principal obxectivo introducir ao estudante na robótica, á construción e control dos robots. Por este motivo a través desta materia preténdese que o alumno manexe as diferentes compoñentes dos robots, e comece a entender as disciplinas e tecnoloxías necesarias para o logro de robots funcionais. Para facer fronte a esa tarefa o alumno deberá recorrer aos coñecementos adquiridos no resto de materias de primeiro curso do grao. Esta materia servirá tamén de introdución práctica aos conceptos de percepción, decisión e acción, básicos en calquera robot ou sistema robotizado.

Os obxectivos que se expoñen nesta materia son os seguintes:

• Integrar nun proxecto global os coñecementos e habilidades adquiridas no resto das materias de primeiro.
• Ensamblaxe e control dun robot.
• Deseñar e implementar comportamentos básicos nun robot.
• Ser capaz de identificar e coñecer as funcionalidades dos compoñentes dun robot
• Entender as disciplinas implicadas en robótica: automática, control, electrónica, mecánica, intelixencia artificial, programación.
• Saber preparar ou abordar unha competición robótica en equipo mediante a realización de microproxectos

Os contidos xerais desta materia conforme á guía verificada son:

Proxecto en formato taller no que se abordará a ensamblaxe inicial dunha plataforma robótica de baixo custo e que involucre tanto software como hardware (sensores, locomoción, electrónica incorporada, comunicación e soporte). Durante este taller poderanse empregar plataformas electrónicas, así como ferramentas de simulación básica e programación de robots. O alumno aprenderá a programar un robot, e a resolver nel problemas propios da robótica, facendo fronte a tarefas nas que estarán implícitos coñecementos adquiridos nas materias do primeiro curso e desenvolvendo xa a nivel práctico os conceptos de percepción, decisión e acción, básicos en calquera robot ou sistema robotizado.


Estes contidos estruturaranse na seguinte secuencia de temas e prácticas:

1. Introdución teórica. Metodoloxía para a presentación de traballos. Uso e creación de respositivos Github. Morfoloxía dun robot: estrutura, compoñentes e funcionalidades básicas. Uso de máquinas virtuais.
HP estimadas: 4, HNP estimadas:4


2. Ensamblaxe dunha primeira plataforma robótica cos seus aspectos básicos de hardware e control (sensores, locomoción, electrónica, control, comunicación e soporte): Simulación de microcontroladores (tanto desde o punto de vista electrónico como de programación, uso de ferramentas de simulación). Uso do microcontrador arduino: Programación, Tipo de sinais (dixitais, analóxicas, PWM). Comunicación serie. Uso de filtros simples RC. Deseño e elección do chasis e as características mecánicas. Motores DC ( actuadores), pontes H. Servomotores. Rodas e opcións de configuración. Baterías. Sensores básicos (tipos e funcionamento): ultrasón, sensor de son, telémetro láser, encoders ópticos para obter información odométrica.
HP estimadas: 16, HNP estimadas:20


3. Incremento de potencia de cálculo en robots. Incremento de capacidades de computación. Plataformas embebidas ou control a baixo nivel mediante microcontroladores e computadores de tarxeta única (Single Board Computers, ou SBCs). Introdución ao ROS. Uso da Raspberry Pi e comunicación con Arduino a través de ROS. Introdución ao paradigma publica/ sucribe con ROS.
HP estimadas: 12, HNP estimadas:24


4. Competicións robóticas e desenvolvemento de retos en robots móbiles. Control de robots móbiles de maior tamaño, capacidade e equipamento sensorial. Simulación e desenvolvemento dun programa de control para robots reais, primeiro usando simulación e ROS (empregarase un robot tipo Turtlebot II ou similar). Depuración e proba do comportamento simulado en robots reais.
HP estimadas: 16, HNP estimadas:24

Nesta materia o alumno poderá propoñer novos retos e abordar a súa solución, elaborando vídeos e guións que compartirá cos seus compañeiros a través da aula virtual (co apoio do profesor).
Por outra banda, a formulación de temas/retos pode sufrir algunha modificación para dar lugar a contidos novos que se requiran na titulación. Como materia de proxectos, o contido debe poderse adaptar a novas propostas e temas de interese.

Bibliografía Básica
[1] http://wiki.ros.org/

Bibliografía complementaria

[1] Grimmett, Richard , “Raspberry Pi Robotic Projects, 2nd Edition”, O’Reilly, 2015
[2] R. Siegwart, I. R. Nourbkhsh“Introduction to Autonomous Mobile Robots”. The MIT Press. 2004
[3] Andrew K. Dennis, “Raspberry Pi Home Automation with Arduino”, Packt Publishing 2013.
[4] Grimmett, Richard , “Raspberry Pi Robotic Projects”, Packt Publishing Ltd, 2014.
[5] Michael Margolis, “Make an Arduino-Controlled Robot”, O’Reilly, 2012. .
[6] J-D. Warren, J. Adams, H. Molle. Arduino Robotics. Apress. 2011
[7] Jesús Vico Serrano, “Control de un robot móvil basado en Raspberry Pi y Arduino”, Escuela Técnica Superior de Ingeniería Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, Universidad de Sevilla, 2014.
[8] U. Nehmozow, “Mobile Robotics, A Practical Introduction.” Springer. 2003
[9] S. G. Tzafestas, “ Introduction to mobile robot control“. Elsevier. 2014.
[10] Morgan Quigley, Brian Gerkey & William D. Smart, “Programming robots with ROS. A practical introduction to the robot Operating System”. O’Reilly, 2015
[11] U. Nehmozow, Robot Behaviour, Design, Description, Analysis and Modelling, Springer, 2008
[12] J. Lentin, “Learning Robotics Using Python”, O’Reilly, 2015
[13] Fu, K.S.; González, R.C.; Lee, C.S.G. Robótica: control, detección, visión e inteligencia. Madrid: McGraw-Hill, 1988. ISBN 8476152140
[14] F. Giamarchi, “Robots móviles: estudio y construcción”.
[15] Aníbal Ollero. “Robótica; manipuladores y robots móviles. “Marcombo, 2001

Conocimiento:
Con19. Saber cómo integrar en un proyecto conocimientos procedentes de distintos ámbitos como la física,
matemáticas, programación y electrónica digital.
Destrezas:
H/D20. Ensamblar y controlar un robot.
H/D21. Diseñar e implementar comportamientos básicos en un robot.
Competencias:
Comp06. Diseñar, construir y programar robots.

As clases teóricas desenvolveranse na aula de teoría, e nelas o profesor dará aos alumnos as directrices necesarias para a resolución dos proxectos/prácticas que se exporán durante as prácticas da materia.

A docencia interactiva levará a cabo nas aulas de informática e laboratorio. Nas clases prácticas estableceremos métodos de ensino activos ou produtivos baseados no ensino problémica que faciliten a adquisición de capacidades cognitivas e de tipo creador. Neste bloque exporanse retos para cuxa realización se deberán empregar ferramentas de simulación básica e programación de robots. A través destas prácticas o alumno aprenderá a construír e programar un robot, e a resolver nel problemas propios da robótica, desenvolvendo a nivel práctico os conceptos de percepción, decisión e acción, básicos en calquera robot ou sistema robotizado. A través das prácticas fomentarase tamén o pensamento creativo.

Así mesmo, nas titorías atenderase ao alumnado para discutir, comentar, aclarar ou resolver cuestións concretas en relación coas súas tarefas dentro da materia. Estas titorías serán poderán ser tanto presenciais como virtuais a través da plataforma Ms Teams.

Curso Virtual: Esta materia dispoñerá dun curso virtual desenvolto sobre a plataforma de Campus virtual da USC, usando ademais a ferramenta colaborativa Ms Teams. Nestas facilitaráselle ao alumnado todo o material necesario en formato dixital, ademais de distintas ferramentas de comunicación para o apoio, tanto da docencia virtual como das titorías, incluíndo videoconferencia, chat, correo electrónico, foros…

A docencia interactiva se levará a cabo nas aulas de informática e laboratorio. Esta materia xoga un papel motivador polo que é enteiramente práctica. A través das prácticas propoñeránselle aos alumnos diferentes retos que terá que resolver tanto en simulación como nos robots reais. Valorarase o grao de creatividade e desempeño do robot nas solucións desenvolvidas polo alumno. Nesta materia o alumno aplicará coñecementos adquiridos noutras materias. Por outra banda tamén ten un carácter instrumental, adquirirá e reforzará destrezas que lle facilitará a realización de prácticas noutras materias.

Facilitaráselle ao alumno a realización de traballos voluntarios sempre que teñan un interese relevante no contexto da robótica (asesorarase co profesor da materia). Desta forma o alumno poderá propoñer novos retos elaborando vídeos explicativos ou guións que poderán ser reproducidos polos seus compañeiros. Polo que o alumno será protagonista da súa propia formación, aprenderá a sintetizar e expresarse con claridade etc. Ademais de adquirir destrezas importantes relativas á autonomía, capacidade de autoformación, manexo de novas tecnoloxías, capacidade de resolución de problemas, etc. A través das prácticas fomentarase tamén o pensamento creativo. Exporanse retos para cuxa realización se deberán empregar ferramentas de simulación básica e programación de robots. A través destas prácticas o alumno aprenderá a construír e programar un robot, e a resolver nel problemas propios da robótica, desenvolvendo a nivel práctico os conceptos de percepción, decisión e acción, básicos en calquera robot ou sistema robotizado.

Debido ao carácter eminentemente práctico desta materia, a avaliación será ao 100% continua, a través da valoración das diferentes actividades/prácticas propostas na mesma. A porcentaxe de valoración de cada práctica terá relación directa co tempo que se lle dedique. Dita avaliación levará a cabo de dúas formas: (1) valoración das prácticas no propio laboratorio na que os alumnos expoñerán no traballo realizado e mostrarán os resultados alcanzados. (2) Breve memoria de prácticas. En caso de ser necesario, a valoración de prácticas tamén se poderá apoiar na realización dalgún tipo de exercicio práctico no laboratorio.

Debido a este tipo de avaliación continua, a asistencia a prácticas será obrigatoria. Non poderán superar a materia aqueles alumnos que non asistan como mínimo ao 80% da prácticas. A non asistencia ás prácticas impedirá a superación da materia tanto na oportunidade ordinaria do semestre, como na oportunidade de recuperación.


Reservaranse 1.5 ou 2 puntos sobre 10 para a valoración das competencias transversais (creatividade, capacidade de presentar traballos en público, etc). Isto implica que a realización das prácticas propostas seguindo as indicacións dos guións permitirá obter unha nota máxima de 8.5 puntos, mentres que para obter cualificacións superiores poderase recorrer á realización de traballos voluntarios, proporcionar solucións novedosas que vaian máis aló dunha mera reprodución das instrucións proporcionadas nun guion, participación en actividades de difusión, etc.

Tal e como se comentou no programa, o alumno poderá propoñer novos retos (en coordinación co profesor e sempre baixo a súa supervisión), de forma que aborde a súa solución. Neste caso, en función da dificultade, poderase considerar isto como traballos voluntarios, ou mesmo eximir da realización dalgunha das prácticas propostas polo profesor (cando a dificultade do reto sexa tal que se necesite máis tempo para abordalo).

As competencias transversais traballaranse, pero non se avaliarán de forma explícita.

Para os casos de realización fraudulenta de exercicios ou probas será de aplicación o establecido na “Normativa de avaliación do rendemento académico dous estudantes e de revisión dás cualificacións”


Segunda oportunidade
---------------------------

Os alumnos que asistisen a prácticas de forma regular, poderán entregar para a avaliación da segunda oportunidade, aquelas actividades que lle expoña o profesor, correspondentes a aqueles prácticas/proxectos que non superasen na convocatoria anterior. Poderá haber unha defensa oral de ditas prácticas, co fin de que se poida comprobar o grao de comprensión e valorar convenientemente ao alumno das novas prácticas entregadas. Dita defensa pode incluír testear os traballos nos robots reais.


Repetidores ou cando haxa dispensa de asistencia
--------------------------------------------------------

No caso dun alumno repetidor, dada a existencia de diferentes prácticas conservaráselle (se o desexa) a cualificación dos proxectos aprobados, debendo unicamente repetir aqueles non superados. Debe asistir ás prácticas presenciais das partes non aprobadas nas convocatorias anteriores.

Os criterios no caso de que ao alumno concédaselle dispensa de asistencia, consistirá na realización de diferentes exercicios prácticos que se lle exporán. É posible que se lle poida eximir a asistencia a unha parte das prácticas (aquelas para as que poida empregar un simulador) ou realizar utilizando software libre ou material dispoñible na internet. Con todo, haberá un conxunto de prácticas de asistencia obrigatoria nas que terá que traballar cos robots reais dispoñibles en laboratorio. Así pois, naqueles casos que sexa posible, manterase a avaliación mediante o mesmo tipo de exercicios prácticos que se lle expoñan ao resto dos alumnos ou moi similares, permitindo unha maior flexibilidade cando sexa posible no que se refire á asistencia presencial a prácticas, pero terá que asistir obrigatoriamente a parte das mesmas, así como superar un exame práctico no que defenderá os traballos realizados (é necesario que o profesor poida verificar e avaliar a práctica entregada polo alumno no caso de que non a fixo no laboratorio).

En xeral o desenvolvemento das actividades prácticas, así como a preparación dos temas teóricos permitirá ao alumnado traballar as competencias básicas, xerais e transversais da materia, e acadar os resultados da aprendizaxe previstos

HP=Horas Presenciais, Horas Non Presenciais (NP)

Clase expositivas, mediante clases maxistrales, 0,4 (ECTS), 4 HP, 4NP
Clases interactivas en Laboratorio e aulas de informática, 4,4 (ECTS), 44 HP, 68 NP
Tutoría en grupo 0,3 (ECTS), 3 HP, 3NP
Tutoría individualizada 0,4 (ECTS) , 4 HP, 10 NP
Evaluación e revisión 0,5 (ECTS), 5 HP, 5 NP
Total 6,0 (ECTS) 60 HP, 90 NP

Non hai

Non hai