robótica inteligente tema 6: programación l. enrique sucar marco lópez itesm cuernavaca

Robótica Inteligente

Tema 6:

Programación

L. Enrique Sucar

Marco López

ITESM Cuernavaca

Programación Robots

Planeación

Modelado espacio

Control

Programaciónbajo nivel

sensores actuadores

Arquitectura

Programación Robots

• Repaso arquitecturas

• Programación bajo nivel

• Introducción a control

• Modelado del espacio

• Planeación de trayectorias

• Prototipo terminado Concurso México

Repaso: Arquitecturas de Robots

• Arquitectura– Arquitecturas deliberativas– Arquitecturas reactivas– Arquitecturas híbridas

Arquitectura

• “organización de la generación de acciones a partir de las percepciones del robot”

• “arreglo de módulos de software para un robot móvil.”

Arquitecturas básicas

• Arquitectura deliberativa

• Arquitectura reactiva

actuadoressensores

Arquitectura deliberativa

• Basada en el paradigma de sensa-planea-actua (SPA):– Se tiene un modelo completo (mapa) del

ambiente– Se construye un plan de acción para realizar la

tarea basado en el modelo– Se ejecuta el plan

Arquitectura deliberativa

SensadoModelo

delmundo

Plan ControlEjecu-ción

Ejemplo: enfoque deliberativo

• Construir mapa del ambiente, incluyendo obstáculos y meta

• Generar un plan para ir de la posición inicial a la meta evitando los obstáculos

• Ejecutar el plan

Arquitectura deliberativa

• Ventajas:– El tener un modelo del ambiente permite

optimizar las acciones para obtener el “mejor” plan

• Limitaciones:– Necesidad de un modelo preciso del ambiente– Altos requerimientos de cómputo y memoria– Dificultad de operar en un mundo dinámico o

desconocido– Reacción “lenta” a situaciones imprevistas

Arquitectura Reactiva

• En el enfoque reactivo hay una conexión directa de percepción a acción sin necesidad de un modelo del mundo

• Normalmente se considera una serie de niveles de comportamiento que realizan diferentes comportamientos en forma “paralela” (subsumtion architecture)

Arquitectura basada en Comportamiento

Planear

Explorar

Deambular

Evitar objetos

sensores actuadores

Manejo de Conflictos

• Al existir varios módulos en paralelo pueden existir conflictos, que se resuelven dando prioridades a los diferentes comportamientos

• El comportamiento de mayor prioridad “suprime” los otros comportamientos

Deambular

Evitar objetos motores

Ejemplo: enfoque reactivo

Ir a la luz

Evitar objetos motores

Buscar luz

Arquitectura Reactiva

• Ventajas:– Bajo requerimiento de cómputo, respuesta rápida– Facilidad de desarrollo modular– No requiere un modelo del mundo

• Limitaciones:– Difícil de extender a tareas complejas– Limitaciones sensoriales pueden ocacionar

problemas al no contar con un modelo – No garantiza la mejor solución (óptimo)

Arquitecturas Híbridas

• Combinación de arquitecturas deliberativas y reacticas que intentan aprovechar ventajas de ambas

• Ejemplos:– Arquitecturas jerárquicas (3 capas)– Arquitecturas de pizarrón (blackboard)– Arquitecturas probabilísticas

Arquitectura de 3 capas

• Tres componentes básicos:– Capa de habilidades: Mecanismo de control

reactivo (controlador)– Capa de secuenciación: Mecanismo de

ejecución de plan (secuenciador)– Capa de planeación: Mecanismo deliberativo

(deliberador)

• El secuenciador selecciona los mecanismos básicos de la capa de habilidades en base al plan de la capa de planeación

Arquitectura de 3 capas: ejemplo

Planeador

Secuenciador

sensores actuadoresavanzar

sin chocar

girarir a luz

Arquitectura de Pizarrón

• Conjunto de módulos o procesos que interactuan mediante un espacio de información común llamado pizarrón (blackboard)

• Cada módulo implemente una función específica y en conjunto todos realizar la tarea

• Todos los módulos pueden ver la información en el pizarrón y actuan en forma oportunística, de acuerdo al que más pueda aportar en ese momento (coordinador)

Arquitectura de Pizarrón

Obtenerinfo.

sensoresIr a lameta

Evitarobstáculo control

planeación

PIZARRÓN

Selección de arquitectura

• Depende de la tarea, medio ambiente, capacidad de cómputo, ...

• Deliberativa: mundos estáticos, tarea bien definida, conocimiento previo del mundo, alta capacidad de cómputo

• Reactiva: tareas sencillas, poca capacidad de cómputo, no hay modelo del mundo

• Híbridas: mundos dinámicos, incertidumbre, tareas complejas

Referencias

• [Jones, Flynn] Cap 9

• [Kortenkamp et. al] – Parte III

• [Russell y Norvig] – Cap 25

• [Dodek y Jenkin – Cap 6]

Actividades

• Especificación detallada de software de su robot:– Arquitectura de software– Principales módulos – Función de cada módulo

• Entregar breve reporte y hacer presentación en clase lunes 25 de febrero