Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

Transkript

1 tand-alone-systeme eminar Robotik W 04/05 Torsten Ehli

2 nhalt 1. Allgemeine Anforderungen an 2. Klassische Zerlegung 3. Ansatz von Brooks: Ebenenentwicklung 4. Beschreibung der Ebenen 5. Weiterentwicklungen und Beispiele 6. Fazit tand-alone-systeme 2

3 1. Anforderungen 1. Parallele Tätigkeiten und Ziele 2. Paralleler ensorbetrieb 3. Robustheit 4. Erweiterbarkeit tand-alone-systeme 3

4 2. Klassische Zerlegung ensoren Wahrnehmung Modellierung anpassen Planung Aufgabenbearbeitung Regelung der Motoren Gelenke tand-alone-systeme 4

5 3. Annahmen von Brooks 1. Komplexität 2. Dinge einfach halten 3. Kartierung 4. Drei Dimensionen 5. Relative Koordinaten 6. Umgebung 7. ensornutzung 8. elbstkalibrierung 9. elbsterhaltung tand-alone-systeme 5

6 3. ubsumption Architektur Verhalten von Objekten ergründen Veränderungen an der Welt planen Objekte dentifizieren ensoren Veränderungen beobachten Karten erstellen Erkunden Wandern Objekte vermeiden Gelenke tand-alone-systeme 6

7 3. ubsumption Architektur Aufgabenorientierte Zerlegung Parallelisierung der Aufgabenbearbeitung chnelle Verarbeitung notwendiger Daten Reduzierung des Overheads tand-alone-systeme 7

8 3. Ebenen hinzufügen nduktiver Aufbau Ebene 0 vollständig fehlerfrei Höhere Ebene unbewusst Lesen Verändern Niedrigere Ebene tand-alone-systeme 8

9 3. Design der Ebenen nnerhalb einer Ebene werden nur benötigte globale Ressourcen verwendet. Verteiltes ystem von Modulen Erweiterte Endliche Automaten Eigene Zeitgeber Minimaler lokaler peicher Asynchron getaktet Kommunikation über Leitung untereinander Keine Empfangsbestätigungen tand-alone-systeme 9

10 3. Kommunikation Jedes Modul hat verschieden Ein- und Ausgänge Eingangsleitungen haben einen peicherplatz Eingaben können Überschrieben werden (upressed) Ausgaben können Unterdrückt werden (nhibited) Modul kann in den Ursprungszustand versetzt werden Eingänge 10 Modul 3 Ausgänge Reset tand-alone-systeme 10

11 3. Anforderungen 1. Parallele Tätigkeiten und Ziele 2. Paralleler ensorbetrieb 3. Robustheit 4. Erweiterbarkeit tand-alone-systeme 11

12 4. Ebene 0 Kollision Halt onar Karte Motor Gefälle Kraft Flüchten Motorstatus tand-alone-systeme 12

13 4. Ebene 0 Kollision Halt onar Karte Motor Gefälle Kraft Flüchten Motorstatus tand-alone-systeme 13

14 4. Ebene 0 Kollision Halt onar Karte Motor Gefälle Kraft Flüchten Motorstatus tand-alone-systeme 14

15 4. Ebene 0 Kollision Halt onar Karte Motor Gefälle Kraft Flüchten Motorstatus tand-alone-systeme 15

16 4. Ebene 0 Kollision Halt onar Karte Motor Gefälle Kraft Flüchten Motorstatus tand-alone-systeme 16

17 4. Ebene 1 Kollision onar Karte Motor Motorstatus Halt Gefälle Kraft Flüchten Wandern Richtung Ausweichen tand-alone-systeme 17

18 4. Ebene 1 Kollision onar Karte Motor Motorstatus Halt Gefälle Kraft Flüchten Wandern Richtung Ausweichen tand-alone-systeme 18

19 tand-alone-systeme Ebene 2 Flüchten Ausweichen Richtung 2 1/4 1/4 Motor Halt Kollision onar Karte Motorstatus Kraft Gefälle Wandern Greifer Ziel Griff Pfadplanung Ziel Ausrichten Monitor ntegration ntegral Drehen

20 tand-alone-systeme Ebene 2 Flüchten Ausweichen Richtung 2 1/4 1/4 Motor Halt Kollision onar Karte Motorstatus Kraft Gefälle Wandern Greifer Ziel Griff Pfadplanung Ausrichten Ziel Monitor ntegration ntegral Drehen

21 tand-alone-systeme Ebene 2 Flüchten Ausweichen Richtung 2 1/4 1/4 Motor Halt Kollision onar Karte Motorstatus Kraft Gefälle Wandern Ausrichten Pfadplanung Greifer Ziel Griff Ziel Monitor ntegration Drehen ntegral

22 tand-alone-systeme Ebene 2 Flüchten Ausweichen Richtung 2 1/4 1/4 Motor Halt Kollision onar Karte Motorstatus Kraft Gefälle Wandern Greifer Ziel Griff Pfadplanung Ausrichten Ziel Monitor ntegration ntegral Drehen

23 tand-alone-systeme Ebene 2 Flüchten Ausweichen Richtung 2 1/4 1/4 Motor Halt Kollision onar Karte Motorstatus Kraft Gefälle Wandern Ausrichten Greifer Ziel Griff Pfadplanung Ziel Drehen Monitor ntegral ntegration

24 5. Genghis 32 Module reichen zum Laufen tand-alone-systeme 24

25 5. Genghis - Hardware Je Bein zwei ervomotoren ensoren 6 passive nfrarotdetektoren 2 Berührungssensoren als Barthaare 2 Neigungsmesser tand-alone-systeme 25

26 5. Genghis 57 Module in der endgültigen Version Einfaches Gehen tabileres Laufverhalten Verfolgen von sich bewegenden Objekten 2 Möglichkeiten Hindernisse zu erkennen tand-alone-systeme 26

27 5. Weiterentwicklungen Flexibleres Überschreiben und Unterdrücken Gruppierung von Modulen zu abgeschlossenen Verhalten nnerhalb und zwischen Verhalten: Nachrichten Überschreiben Unterdrücken tand-alone-systeme 27

28 5. Cog Menschenähnlicher Verhaltensbasiert Zwei 6-DOF Arme 7 DOF Kopf (Augen 3, Hals 4) 3 DOF Torso (noch?) keine Beine Hände und Gesicht sind aktuelle Projekte tand-alone-systeme 28

29 5. Kismet nur ein Kopf (15 DOF) imulation sozialer nteraktion Mimik prache Verhaltensbasiert tand-alone-systeme 29

30 5. Kismet tand-alone-systeme 30

31 6. Fazit Divide-and-Conquer Ansatz Einfach zu erweitern Aktueller Gegenstand der Forschung tand-alone-systeme 31

32 Quellen Rodney A. Brooks: A Robust Layered Control ystem for a Mobile Robot (1986) Rodney A. Brooks: A Robot that Walks; Emergent Behaviors from a Carefully Evolved Network (1989) Rodney A. Brooks: Elephants Don t Play Chess (1990) Rodney A. Brooks, Anita M. Flynn: Fast, Cheap and out of Control: A Robot nvasion of the olar ystem (1989) Rodney A. Brooks, From Earwigs to Humans, Robotics and Autonomous ystems, Vol. 20, Nos. 2 4, June 1997, pp tand-alone-systeme 32

33 Quellen (2) kismet/kismet.html... cog/cog.html... genghis/genghis.html tand-alone-systeme 33