Introducción a la Robótica Mecanismos para el control de un robot (4)
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- Felisa Olivares Quintero
- hace 7 años
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1 Introducción a la Robótica Mecanismos para el control de un robot (4) Dr José Martínez Carranza carranza@inaoep.mx Coordinación de Ciencias Computacionales, INAOE
2 Enfoque situado (1) Sensar Actuar Ciclo secuencial, S A. Las arquitecturas de control de este enfoque no operan sobre representaciones explícitas del medio ambiente. La respuesta a los estímulos es reflexiva, no regulada por ningún proceso deliberativo
3 Enfoque situado (2) La idea de esta arquitectura es descomponer las tareas de un robot en series de módulos o conductas simples. Los módulos o mediadores operan de manera asíncrona, y están dispuestos en capas que corresponden a una jerarquía de conductas: el tope de la jerarquía representa, en términos generales, el objetivo del robot, el cual será alcanzado a través de la ejecución de todos los mediadores
4 Enfoque situado (3) Un mediador es una máquina computacional relativamente simple: un módulo que vincula la percepción y la acción del robot. Los mediadores se organizan en capas. La arquitectura general es una colección de capas que contienen máquinas aumentadas de estados finitos (augmented finite state machines, AFSM). Cada capa de la arquitectura representa una clase de conducta específica, de modo que cada módulo incrementa el espectro de habilidades (competence level) del robot
5 Enfoque situado (4) Un AFSM se define por un alfabeto finito de entradas, un alfabeto finito de salidas y una función de transición, más elementos temporizadores y un conjunto finito de registros. AFSM FSM AFSM estado1 condición entrada FSM condición estado3 estado2 condición salida - 5 -
6 Enfoque situado (5) Un AFSM puede producir una salida o cambiar de estado después de recibir un mensaje de entrada o después de transcurrido un lapso de tiempo en los temporizadores. Los registros de un AFSM reciben señales provenientes de otro AFSM o bien, de los sensores del robot. Cada vez que se recibe una señal, el contenido de los registros es reemplazado. Los temporizadores son relojes internos de los módulos
7 Enfoque situado (6) Arquitectura subsumción (Brooks 86) Los AFSM están interconectados mediante dos tipos de vínculos: entrada salida Los AFSM no comparten estados, ni pueden leer los registros de otro AFSM. supresores: un AFSM puede suprimir la entrada de otro, conectando su salida al registro de dicha entrada. El contenido del registro de la entrada del segundo AFSM es sustituido por la señal supresora. inhibidores: un AFSM puede inhibir la salida de otro AFSM conectando su salida a la salida del segundo. La salida original del segundo AFSM no se pierde, sólo queda sin efecto durante un tiempo predeterminado. entrada supresión t=5 entrada salida salida inhibición t=3 Los temporizadores regulan que la supresión e inhibición se apliquen durante los tiempos transmitidos entre los módulos
8 Enfoque situado (7) (1) Se inicia descomponiendo el problema en piezas, cada pieza es un problema que debe resolverse por separado. (2) Se descomponen las piezas verticalmente, atendiendo a las manifestaciones externas esperadas del sistema de control del robot. (3) Se integran las piezas resueltas en (2), con objeto de formar la solución al problema inicial
9 Enfoque situado (8) sensores... capa 3 capa 2 capa 1 capa 0 generación de un comportamiento reactivo activadores Arquitectura subsumción para un robot limpiador: capa 0: evitar obstáculos: evadir el contacto con objetos (móviles o estáticos) capa 1: explorar: avanzar sin una meta predeterminada, evitando chocar con otros objetos. capa 2: navegar: avanzar reconociendo metas y localizándose. capa 3: limpiar: tomar los residuos encontrados en el ambiente
10 Enfoque situado (9) Cada mediador trabaja independientemente y tiene acceso o recibe una copia de las lecturas no procesadas de los sensores. Debido a que los mediadores se ejecutan en paralelo, los mecanismos de supresión e inhibición propios de los AFSM entre los mediadores son indispensables para evitar conflictos entre ellos. Sin embargo, debido a la influencia indirecta entre los módulos, los temporizadores son necesarios para evitar el monopolio del robot
11 Enfoque situado (10) Aún cuando se agreguen capas adicionales, el sistema inicial no cambia. La distribución de los módulos en capas explica el repertorio conductual del robot. Una distribución de AFSM o la definición de supresiones e inhibiciones equivocadas entre ellos, podrían generar un comportamiento caótico (e.g. múltiples módulos podrían competir por tomar el control del robot, o bien, los módulos podrían no activarse cuando fueran requeridos)
12 Enfoque situado (11) Cuando de forma natural los módulos no compiten por los recursos del robot, i.e., sensores y activadores, y cuando se tienen además pocos módulos definidos, el control de los módulos puede establecerse a través del estado de los propios sensores
13 Enfoque situado (12) Sensor de basura basura detectada activar motore s basura detectada no basura detectada detener motores limpiar basura detectada aspirar Aspiradora ningún obstáculo detectado & no basura detectada avanzar activar motores Sensor de obstáculos obstáculo detectado ningún obstáculo detectado evitar obstáculos girar a la derecha detener motores obstáculo detectado Ruedas
14 Enfoque situado (13)... capa 3 Arquitectura subsumción A pesar de haber sido propuesta hace 30 años, la arquitectura de subsumción sigue siendo ampliamente utilizada en el control de robots móviles. memoria sensores capa 2 capa 1 capa 0 activadores Se han propuesto diversas extensiones a esta arquitectura, e.g. adición de un módulo de memoria (Salim et al. 2004), incorporación de módulos de comportamiento colectivo (Martínez 2006), etc. sensores comportamientos de autoensamble comportamientos colectivos comportamientos individuales activadores
15 Enfoque situado (14) La noción de módulo o conducta también ha sido utilizada en otras arquitecturas del enfoque situado, e.g. en la arquitectura heterárquica de Maes (1991) y en la arquitectura basada en comportamientos de Mataric (1994). módulo1 módulo4 explorar reunirse dispersarse módulo2 módulo3 sucesor predecesor conflicto agruparse (flocking) Organización de módulos y contenido de un módulo en la arquitectura de Maes Lista de pre-condiciones Lista de agregados Lista de borrados Nivel de activación Código ejecutable Conductas básicas integrando una conducta compuesta en la arquitectura de Mataric
16 Referencias Brooks R. (1986) A robust layered control system for a mobile robot. IEEE Journal of Robotics and Automation 2(1), pp Maes P. (1991) A bottom-up mechanism for behavior selection in an artificial creature. From animals to animats 1, pp MIT Press. Martínez S. A. (2006) Desarrollo de un ambiente 3D de simulación de robots modulares. Tesis de maestría en Ciencias Computacionales, BUAP. Mataric M. (1994) Interaction and intelligent behavior. Tesis doctoral, MIT. Disponible en la dirección: wwwrobotics.usc.edu/~maja/publications. html Salim A., Fuentes O., Muñoz A. (2004) Development of Local Perception-Based Behaviors for a Robotic Soccer Player. Advances in Artificial Intelligence - IBERAMIA 2004, LNAI 3315, pp Lemaître C. et al. (eds). Springer-Verlag, Berlin Heidelberg
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