ІНТЕЛЕКТУАЛЬНІ РОБОТОТЕХНІЧНІ СИСТЕМИ - Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Другий (магістерський) |
| Галузь знань | 12 Інформаційні технології |
| Спеціальність | 126 Інформаційні системи та технології |
| Освітня програма | Інформаційне забезпечення робототехнічних систем |
| Статус дисципліни | Нормативна |
| Форма навчання | очна(денна)/заочна |
| Рік підготовки, семестр | 1 курс, осінній семестр |
| Обсяг дисципліни | 120 годин |
| Семестровий контроль/ контрольні заходи | залік/модульна контрольна робота |
| Розклад занять | http://rozklad.kpi.ua |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів | Лектор, Практичні: к.т.н., доцент, Ткач Михайло Мартинович mm.tkach77@gmail.com |
| Розміщення курсу | https://campus.kpi.ua |
Програма навчальної дисципліни
Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Курс інтелектуальні робототехнічні системи призначений для підготовки фахівців, що володіють фундаментальними теоретичними знаннями та практичними навичками з загальних принципів побудови інтелектуальних роботів, біонічних принципів їх функціонування, особливостей виконавчих органів, їх математичних моделей, принципів адаптивного та інтелектуального управління ними.
Метою викладання даної дисципліни є набуття студентами фахових компетентностей та прикладних знань з методології інженерно-технічної діяльності у напрямку розробки, застосування та експлуатації інтелектуальних робототехнічних систем.
Предметом вивчення дисципліни є технології, методи та засоби забезпечення функціонування сучасних інтелектуальних робототехнічних систем.
Навчальна дисципліна покликана допомогти студенту отримати:
знання:
- базових понять і термінів процесу еволюції робототехнічних систем, а також сучасний стан розвитку робототехніки в Україні;
- функціональної структури, класифікації, основних структур маніпуляційних систем та приводів роботів;
- основних структур та систем керування робототехнічними системами;
- основних принципів навігації та планування руху;
- методи локалізації робототехнічних систем;
- основних сфер застосування.
уміння:
- володіти методами проектування та експлуатації інтелектуальних робототехнічних систем;
- використовувати методологію проектування засобів їх навігації та локалізації;
- володіти засобами і методами опису, обробки, аналізу відеозображень та розпізнавання образів;
- використовувати мови програмування для керування рухами робота;
досвід:
- застосовувати моделі сенсорів до практичних задач;
- навігації та планування руху робота;
- застосування роботів у різних сферах.
Інтегральна компетентність: Здатність розв’язувати задачі дослідницького та інноваційного характеру у сфері інформаційних систем та технологій, що передбачає використання певних методів та засобів, проведення досліджень та/або здійснення інновацій і характеризується комплексністю та невизначеністю умов, що виникають при функціонуванні робототехнічних систем та комплексів.
Загальні компетентності:
| ЗК 01 | Здатність абстрактного мислення, аналізу та синтезу |
|---|---|
| ЗК 04 | Здатність розробляти проекти та управляти ними |
Спеціальні (фахові, предметні) компетентності:
| СК 08 | Здатність до використання сучасних методологій та технологій проектування та реалізації інформаційного та програмного забезпечення інтелектуальних робото технічних систем |
|---|---|
| СК 09 | Здатність аналізувати стан та динаміку функціонування та перспективи розвитку технічних засобів, програмного та інформаційного забезпечення робото технічних систем з використанням сучасних методів та засобів аналізу |
| СК 12 | Здатність застосовувати методи аналізу та синтезу адаптивних, оптимальних та стохастичних систем управління, як методологічної основи інтелектуальних робото технічних систем і аналізувати показники їх якості |
Програмні результати навчання:
| РН 13 | Проводити аналіз інформаційних процесів, розробляти структуру інформаційного забезпечення робото технічних систем, залежно від властивостей об`єктів і процесів та умов виробництва |
|---|---|
| РН 15 | Здатність розробляти та застосовувати ІСТ для розв`язання задач в галузі робототехніки |
Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Курс кредитного модуля базується на таких дисциплінах: «Спеціальні розділи математики», «CAD системи і мультимедіа», «Програмування», «Інформаційно-сенсорні системи роботів», «Робото технічні системи та комплекси», "Інтелектуальні технології в робототехніці". Цей курс забезпечує засвоєння студентами наступних дисциплін: "Наукова робота за темою магістерської дисертації. Частина 2. Науково-дослідна робота за темою магістерської дисертації", «Практика» та «Робота над магістерською дисертацією».
Для успішного засвоєння дисципліни необхідний достатній рівень підготовки базових дисциплін.
Зміст навчальної дисципліни
Розділ 1. Загальні відомості про робототехнічні системи та комплекси
Тема 1. Основні поняття та визначення
Тема 2. Маніпуляційні системи роботів
Тема 3. Приводи робототехнічних систем та комплексів
Тема 4. Архітектура та системи керування робото технічними системами
Розділ 2. Організаційні основи побудови інтелектуальних робото технічних систем (ІРТС)
Тема 1. Основи використання штучного інтелекту в робототехніці
Тема 2. Системи і моделі представлення знань в робототехніці
Розділ 3. Основи функціонування ІРТС
Тема 1. Біонічні основи інформаційних пристроїв та систем роботів
Тема 2. Навігація мобільних роботів
Тема 3. Засоби локалізації в робото технічних системах
Розділ 4. Програмування ІРТС
Тема 1. Ручне навчання та навчання супроводом
Тема 2. Огляд робото-орієнтованих мов програмування
Розділ 5. Застосування ІРТС
Тема 1. Інтелектуальні роботи наземного базування
Тема 2. Інтелектуальні роботи підводного базування
Тема 3. Інтелектуальні роботи повітряного базування
Навчальні матеріали та ресурси
Базова література
1. Гнучкі комп’ютеризовані системи: проектування, моделювання і управління [підручник з грифом МОН України] / Ямпольський Л.С., Мельничук П.П., Самотокін Б.Б., Поліщук М.М., Ткач М.М., Остапченко К.Б., Лісовиченко О.І. – Житомир: ЖДТУ, 2005. – 680 с.
2. Гнучкі комп‘ютерно-інтегровані системи: планування, моделювання, верифікація, управління [підручник з грифом МОН України] / Ямпольський Л.С., Мельничук П.П., Остапченко К.Б., Лісовиченко О.І. – Житомир: ЖДТУ, 2010. – 786 с.
3. Н.В. Морзе, Л.О. Варченко-Троценко, М.А. Гладун, Основи робототехніки:навчальний посібник / Н.В. Морзе, Л.О. Варченко- Троценко, М.А. Гладун. – Кам’янець-Подільський : ПП Буйницький О.А., 2016. – 184 с.
4. Д. Крейг Введене в робототехнику. Механика и управление. Изд-во ИнститутКомпьютерных исследований, 2013. – 564 с.
5. Юревич Е. И. Управление роботами и робототехническими комплексами. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 2000. — 235 с.
6. Динамика управления роботами/Под ред.. Е.И.Юревича. –М.:Наука, 2016, 398с.
7. Спыну Г.А., Роботы с искусственным интелектом.-К.:Техника, 1989. – 111с.
8. Конструируем роботов на Arduino. Первые шаги / Дж. Бейктал; пер. с англ. О. А.Трефиловой. — М.: Лаборатория знаний, 2016. — 320 с.
9. Свейгарт, Эл. Автоматизация рутинных задач с помощью Python: практичекское руководство для начынающих: Пер. с англ. – М.: ООО “ИД. Вильямс”, 2017. – 592с.
Допоміжна література
Д1. Н.В. Морзе, Л.О. Варченко-Троценко, М.А. Гладун, Основи робототехніки: навчальний посібник / Н.В. Морзе, Л.О. Варченко- Троценко, М.А. Гладун. – Кам’янець-Подільський :ПП Буйницький О.А., 2016. – 184 с.
Д2. Конструируем роботов на Arduino. Первые шаги / Дж. Бейктал; пер. с англ. О. А.Трефиловой. — М.: Лаборатория знаний, 2016. — 320 с.
Д3. Проектирование систем приводов шагающих роботов с древовидной кинематической системой: Учебное пособие для вузов / Каргинов Л.А., Ковальчук А.К., Кулаков Д.Б. – М.:
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. – 116 с
Д4. Danny Staple. Learn Robotics Programming: Build and control AI-enabled autonomous robots using the Raspberry Pi and Python. / Packt Publishing Ltd. –2021. - 602 с.
Д5. Ямпольський Л.С., Лавров О.А. Штучний інтелект в плануванні та управлінні виробництвом: Підручник.-К.:Вища шк., 1995.-255 с.
Інформаційні ресурси
1. ecampus.kpi.ua – електронний кампус університету
*2. *ist.kpi.ua – сайт кафедри
Обов‘язковим для вивчення є базова література, а додаткова для розширеного пізнання окремих тем і питань розділів навчальної дисципліни. Електронні версії підручників базової літератури знаходяться у системі дистанційного навчання test.tc.kpi.ua. Наведену літературу слід використовувати у тій послідовності, яка забезпечить вивчення та засвоєння тем розділів начальної дисципліни.
Навчальний контент
Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
У курсі навчальної дисципліни заплановані такі види навчальних занять – лекції, комп’ютерні практикуми.
Лекційні заняття
| № з/п | Назва теми лекції та перелік основних питань | Кількість ауд.годин |
|---|---|---|
| Розділ 1. Загальні відомості про робототехнічні системи та комплекси | ||
| 1 | Тема 1. Основні поняття та визначення Питання 1. Структурно-функціональна схема робота Питання 2. Покоління роботів. Класифікація роботів Література: [1, 2, 3, 4, 7, Д1] |
1 |
| 2 | Тема 2. Маніпуляційні системи роботів Питання 1. Узагальнена схема маніпулятора та його складові частини Питання 2. Пристрої пересування та управління Література: [1, 2, 3, 4, 7, Д1] |
1 |
| 3 | Тема 3. Приводи робототехнічних систем ат комплексів Питання 1. Загальна характеристика приводів. Їх класифікація. Питання 2. Основні концепції вибору приводів та їх застосування Література: [1, 2, 3, 4, Д1, Д3] |
2 |
| 4 | Тема 4. Архітектура та системи керування робототехнічними системами Питання 1. Основні робото технічні платформи Питання 2. Архітектура та базові концепції робототехніки Література: [1, 2, 5,6] |
1 |
| Розділ 2. Організаційні основи побудови інтелектуальних робото технічних систем (ІРТС) | ||
| 5 | Тема 1. Основи використання штучного інтелекту в робототехніці Питання 1. Поняття інтелектуальної системи (ІС), її архітектура та основні компоненти Питання 2. Моделі формалізованого представлення інформації в ІС та методи її обробки Література: [ 7, Д4, Д5] |
2 |
| 6 | Тема 2. Системи і моделі представлення знань в робототехніці Питання 1. Поняття знань. Системи представлення знань Питання 2. Приклади систем представлення знань Література: [ 7, Д4, Д5] |
1 |
| Розділ 3. Основи функціонування ІРТС | ||
| 7 | Тема 1. Біонічні основи інформаційних пристроїв та систем роботів Питання 1. Копіювання рухів біонічних об’єктів Питання 2. Моделі сенсорів Питання 3. Моделі представлення середовища Питання 4. Склад сучасних СТЗ роботів та особливості їх побудови для мобільних роботів Питання 5.Алгоритми адаптивного та інтелектуального управління Література: [4, 5, 7, 8, Д4, Д5] |
2 |
| 8 | Тема 2. Навігація мобільних роботів Питання 1. Основні принципи навігації та планування руху робота Питання 2. Поняття карти середовища та основні технології її побудови Питання 3. Локальні та глобальні карти середовища Питання 4. Основні технології та алгоритми побудови карт середовища Література: [5, 6, 7, Д2, Д3, Д4] |
2 |
| 9 | Тема 3. Засоби локалізації в робото технічних системах Питання 1. Методи локалізації Питання 2. Побудова локальної карти Література: [1, 2, 3, 4, Д2, Д4, Д5] |
1 |
| Розділ 4. Програмування ІРТС | ||
| 10 | Тема 1. Ручне навчання та навчання супроводом Питання 1. Особливості ручного навчання Питання 2. Особливості навчання супроводом Література: [5, 6, 7, Д1, Д2, Д4] |
1 |
| 11 | Тема 2. Огляд робото-орієнтованих мов програмування Питання 1. Основні мови програмування в робототехніці Питання 2. Мова програмування Python Література: [8, 9, Д1, Д4] |
1 |
| Розділ 5. Застосування ІРТС | ||
| 12 | Тема 1. Інтелектуальні роботи наземного базування Література: [1, 2, 3, 4, 7] |
1 |
| 13 | Тема 2. Інтелектуальні роботи підводного базування Література: [1, 2, 3, 4, 7] |
1 |
| 14 | Тема 3. Інтелектуальні роботи повітряного базування Література: [1, 2, 3, 4, 7] |
1 |
Комп‘ютерні практикуми
| № з/п | Назва комп‘ютерного практикуму | Кількість ауд.годин |
|---|---|---|
| 1 | Практикум 1 – Дослідження робото технічних платформ. Дидактичні матеріали: Розділ 1 Тема 4 Література: [5,6] |
2 |
| 2 | Практикум 2 – Дослідження методів формалізованого представлення інформації в ІС Дидактичні матеріали: Розділ 2 Тема 1 Література: [7, Д4, Д5] |
2 |
| 3 | Практикум 3 – Комп’ютерне моделювання пристроїв та систем роботів Дидактичні матеріали: Розділ 3 Тема 1 Література: [4,5,7,8,Д4] |
2 |
| 4 | Практикум 4 – Дослідження алгоритмів навігації мобільних роботів. Дидактичні матеріали: Розділ 3 Тема 2 Література: [5, 6, 7, Д2, Д3] |
2 |
| 5 | Практикум 5 – Дослідження алгоритмів побудови карт середовища. Дидактичні матеріали: Розділ 3 Тема 2 Література: [6, 7, Д2, Д3, Д4] |
2 |
| 6 | Практикум 6 – Дослідження методів локалізації робото технічних систем. Дидактичні матеріали: Розділ 3 Тема 3 Література: [2, 3, 4, Д2, Д4] |
2 |
| 7 | Практикум 7 – Дослідження оптимальних та адаптивних систем управління робото технічними системами. Дидактичні матеріали: Розділ 3 Тема 1 Література: [5,6,7,Д5] |
2 |
| 8 | Практикум 8 – Програмування мобільних роботів. Дидактичні матеріали: Розділ 4 Тема 2 Література: [8,9,Д2] |
2 |
| 9 | Практикум 9 – Дослідження сфер застосування інтелектуальної робототехніки. Дидактичні матеріали: Розділ 5 Тема 1,2,3 Література: [3,4,7] |
2 |
Самостійна робота студента
Цілями самостійної роботи є засвоєння студентами знань з тем розділів навчальної дисципліни та їх закріплення, а також розвиток у студентів навичок самостійної роботи із алгоритмізації задач створення ІРТС у межах основних тем.
Видами самостійної роботи є:
- підготовка до аудиторних занять із поглибленого вивчення додаткового матеріалу з розділів лекцій навчальної дисципліни;
- проведення підготовки звіту за результатами виконання комп‘ютерних практикумів із наданням деталізованих описів процедур розв‘язання задач дослідження ІРТС та пояснень щодо аналізу результатів їх реалізації і ефективності застосування;
- проведення підготовки до виконання індивідуального завдання модульної контрольної роботи.
Терміни і час, які відводяться на виконання видів самостійної роботи визначаються згідно з розподілом навчального часу відповідного виду навчального заняття у структурі навчальної дисципліни.
Політика та контроль
Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Система вимог, яка ставиться перед студентом, вимагає виконання наступних положень:
правила відвідування занять (як лекцій, так і практикумів) – присутність є обов‘язковою, пропущені практикуми відпрацьовуються індивідуально з наданням результатів їх виконання на наступних практикумах або консультаціях;
правила поведінки на заняттях – активність на лекціях, підготовка запитань за попередніми та поточними темами, попередня підготовка протоколів виконання завдань комп‘ютерних практикумів, підготовка власних навчальних програм виконання завдань комп‘ютерних практикумів, використання засобів зв‘язку для пошуку інформації в системі дистанційного навчання чи в інтернет - середовищі;
правила захисту комп‘ютерних практикумів – захист практикумів відбувається у формі опитування після попередньої ідентифікацією студента або особисто безпосередньо на занятті відповідно до розкладу проведення практикумів, допуск до захисту надається після виконання роботи і зарахування звіту з виконання комп‘ютерного практикуму;
політика щодо академічної доброчесності – не приймаються і не зараховуються звіти з виконання комп‘ютерних практикумів, які мають ознаки клонування, співпадіння текстів із роботами інших студентів, та роботи, які не відповідають завданню практикуму;
інші вимоги, що не суперечать законодавству України та нормативним документам Університету.
Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
Календарний контроль: захист виконання комп‘ютерних практикумів у формі опитування, виконання модульних контрольних робіт.
Календарний контроль: провадиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.
Семестровий контроль: залік
1) Рейтинг студента з кредитного модуля складається із 100 балів, які він отримує за:
- виконання та захист 7 робіт комп‘ютерного практикуму;
- виконання 2-х модульних контрольних робіт.
Остаточний рейтинг студента може утворюватися з урахуванням виконання залікової контрольної роботи.
2) Критерії нарахування балів.
2.1. Виконання комп‘ютерних практикумів.
Ваговий бал за кожну роботу – 10.
Максимальна кількість балів на всіх практикумах дорівнює
10 балів × 7 = 70 балів.
Захист роботи виконується у формі опитування.
Кількість балів за роботу зменшується, якщо:
- надано невірну відповідь на запитання – 1 балів (за кожне запитання);
- вчасно не здано звіт з роботи (пізніше ніж за 2 тижні після виконання практикуму) – 1 бал;
- не виконано попередню підготовку – 1 бал.
За невиконану або незахищену роботу нараховується 0 балів.
За якісно та обґрунтовано підготовлений і вчасно поданий звіт з комп‘ютерного практикуму додатково нараховується заохочувальний 1 бал.
За виконання творчої роботи додатково нараховується заохочувальний 1 бал.
За подання "клонованого" нараховується штрафний 1 бал.
Встановлено наступну кількість балів за захищену роботу:
- надано вірні відповіді – 10 балів;
- надано відповіді з незначними недоліками – 8 балів;
- надано відповіді з певними помилками – 3-7 бали:
- роботу не зараховано (виконано з грубими помилками) – 0 балів.
2.2. Виконання модульної контрольної роботи:
Передбачається виконання 2 контрольних робіт за комплексним контрольним завданням.
Ваговий бал за виконання контрольної роботи – 15.
Максимальна кількість балів дорівнює
15 балів × 2 = 30 балів.
Кожне завдання модульної контрольної роботи містить два теоретичних запитання і одне практичне.
Кожне теоретичне запитання оцінюється у 5 балів за такими критеріями:
- «відмінно», повна відповідь, не менше 90% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» (повне, безпомилкове розв’язування завдання) – 5 балів;
- «добре», достатньо повна відповідь, не менше 75% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» (повне розв’язування завдання з незначними неточностями) – 4 бали;
- «задовільно», неповна відповідь, не менше 60% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до «стереотипного» рівня та деякі помилки (завдання виконане з певними недоліками) – 2-3 бали;
- «незадовільно», відповідь не відповідає умовам до «задовільно» – 0 балів.
Практичне завдання оцінюється у 5 балів за такими критеріями:
- «відмінно», повна відповідь, не менше 90% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» (повне, безпомилкове розв’язування завдання) – 5 балів;
- «добре», достатньо повна відповідь, не менше 75% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» (повне розв’язування завдання з незначними неточностями) – 4 бали;
- «задовільно», неповна відповідь, не менше 60% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до «стереотипного» рівня та деякі помилки (завдання виконане з певними недоліками) – 2-3 бали;
- «незадовільно», відповідь не відповідає умовам до «задовільно» – 0 балів.
Наявність позитивної оцінки з МКР є умовою допуску до залікової контрольної роботи.
2.3. Залікова контрольна робота оцінюється в 70 балів. Контрольне завдання цієї роботи складається з трьох запитань (одного теоретичного та двох практичних).
Кожне теоретичне запитання оцінюється у 20 балів за такими критеріями:
- «відмінно», повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації), що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» (повне, безпомилкове розв’язування завдання) – 20-18 балів;
- «добре», достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації), що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» або незначні неточності (повне розв’язування завдання з незначними неточностями) – 17-15 балів;
- «задовільно», неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації), що виконана згідно з вимогами до «стереотипного» рівня та деякі помилки (завдання виконане з певними недоліками) – 14-12 балів;
- «незадовільно», відповідь не відповідає умовам до «задовільно» – 0 балів.
Практичне завдання оцінюється у 30 балів за такими критеріями:
- «відмінно», повна відповідь, не менше 90% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» (повне, безпомилкове розв’язування завдання) – 30-27 балів;
- «добре», достатньо повна відповідь, не менше 75% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до рівня «умінь» (повне розв’язування завдання з незначними неточностями) – 26-21 балів;
- «задовільно», неповна відповідь, не менше 60% потрібної інформації, що виконана згідно з вимогами до «стереотипного» рівня та деякі помилки (завдання виконане з певними недоліками) – 20-15 балів;
- «незадовільно», відповідь не відповідає умовам до «задовільно» – 0 балів.
3) Умовою першої атестації є отримання не менше 35 балів. Умовою другої атестації – отримання не менше 55 балів.
4) Сума рейтингових балів, отриманих студентом протягом семестру, переводиться до підсумкової оцінки згідно з таблицею п.6. Якщо сума балів менша за 60, студент виконує залікову контрольну роботу. У цьому разі сума балів за модульні контрольні роботи та залікову контрольну роботу переводиться до підсумкової оцінки згідно з таблицею п.6.
5) Студент, який у семестрі отримав більше 60 балів, може взяти участь у заліковій контрольній роботі. У цьому разі бали, отримані ним на заліковій контрольній роботі, є остаточними.
6) Таблиця переведення рейтингових балів до оцінок:
| Кількість балів | Оцінка |
|---|---|
| 100…95 | Відмінно |
| 94…85 | Дуже добре |
| 84…75 | Добре |
| 74…65 | Задовільно |
| 64…60 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| МКР не зараховано | Не допущено |
Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)
перелік питань, які виносяться на семестровий контроль відповідають темам розділів змісту навчального матеріалу дисципліни;
для виконання комп‘ютерних практикумів студент повинен мати навички роботи з ПЕОМ з використанням операційної системи Windows, вміти встановлювати та застосовувати необхідне програмне забезпечення інструментальних засобів програмування або технічних обчислень;
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено доцент, к.т.н., доцент, Ткач М.М.
Ухвалено кафедрою інформаційних систем та технологій (протокол № 13 від 15.06. 2022 р.)
Погоджено Методичною комісією факультету ІОТ (протокол № 11 від 07.07. 2022 р.)
