robótica inteligente

Click here to load reader

Download Robótica Inteligente

Post on 05-Jan-2016

31 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Robótica Inteligente. L. Enrique Sucar Alberto Reyes ITESM Cuernavaca. Temas avanzados. Laboratorios virtuales Interacción humano-robot Robots de servicio Coordinación – MDPs factorizados y paralelos. Laboratorios Virtuales. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

  • Robtica InteligenteL. Enrique SucarAlberto Reyes

    ITESM Cuernavaca

  • Temas avanzadosLaboratorios virtualesInteraccin humano-robotRobots de servicioCoordinacin MDPs factorizados y paralelos

  • Laboratorios VirtualesUn laboratorio virtual permite realizar experimentos sin contar con un laboratorio fsico:SimulacinTelecontrolAplicaciones:Educacin y entrenamientoInvestigacin y cooperacinExperimentacin a distancia

  • Telecontrol+TelemetraSimuladorLab. RealInterfaz de acceso con un Tutor Inteligente

  • Ventajas de los Laboratorios VirtualesPermite acceso a equipo a usuarios dispersos geogrficamenteReduce costos y promueve transferencia de tecnologaPermite la comparacin de resultados de experimentosReduce riesgos Permite incorporar estrategias didcticas, tutores, ayudas en lneas, etc.

  • TelecontrolProgramacin y observacin remota del equipoProgramacin:lenguaje de alto nivelcomandos grficos interactivosObservacin:retroalimentacin (imgenes, video y audio)medidores virtuales grficos o textuales

  • Laboratorio Virtual de RobticaExperimentacin con robots mvilesprogramacinplaneacin de trayectoriasconstruccin de mapaslocalizacinLaboratorios:TelecontrolSimulacin

  • Telecontrol

  • TelecontrolEl laboratorio virtual mediante telecontrol permite hacer experimentos a distancia con un robot mvil a travs de InternetEl laboratorio incluye:Un mdulo de programacin Un mdulo de observacin Un mdulo de seguridadServidor e interfaz al cliente

  • ConfiguracinRed localRed localInternet

  • Robot Mvil

  • Arquitectura de Telecontrol

  • Elementos del Laboratorio RemotoServidor de pginas WebConexin con el robot mvilConexin con el sistema de video para observacinConexin con el clienteSistema de visualizacin del experimentoVista del robot y su ambiente mediante videoSistema de programacinAmbiente para edicin y envio de comandos

  • Mdulo de Programacin

  • Mdulo de ProgramacinBasado en un lenguaje de diez instrucciones:avanzaaltodesplaza_derechadesplaza_izquierdagira_derechagira_izquierdagira_torreta_derechagira_torreta_izquierdainicio, fin

  • Mdulo de NavegacinInterpreta los valores obtenidos en el Mdulo de Programacin y los traduce a instrucciones ejecutables en el robotEnvia las instrucciones para su ejecucin en el robotAl terminar la secuencia se inicializa el robot (alinean las ruedas y la torreta) para ejecutar una nueva secuencia

  • Mdulo de SeguridadVigila la integridad del robotSe toman continuamente lecturas de los sonaresSe establece una zona de seguridad en torno del robotEl modulo de Seguridad es independiente del modulo de navegacin y puede detener las acciones que realiza el mdulo de navegacin

  • Arquitectura RobotSeguridadNavegacinObservacin

  • Arquitectura Jerrquica

  • Mdulo de VisualizacinCaptura de video para visualizacin remota del experimento. Dos cmaras:Vista externa del robot y su ambienteVista interna desde el robotCompresin de imgenes (JPEG)Envio al cliente en forma continua a travs del servidor

  • Ejemplo de Programacin

  • SimulacinModelo del ambiente (interiores)Modelo del robot (cinemtica, dinmica)Modelo de sensores (sonar, bumper, cmara)Programacin naloga ambiente realSimuladores:2-D (Nomadic)3-D (en desarrollo)

  • Simulador en 2-D

  • Simulador en 3-DModelador en 3-DSimulacin del ambiente del robotSimulacin del robot mvilScripts para manipulacin de objetos y vistas del ambienteConversin del lenguaje de alto nivel del robot (telecontrol) a scripts

  • Simulador en 3-D

  • Simulador para minirobtica

  • Simulador para minirobtica

  • Arquitectura- incorpora un tutor inteligente - Student Interface of user Graphical Environment Lessons and help Results and Pedagogical Actions Student Model Knowledge Base Behavior analysis InitialStereotype

  • Interaccin multimodal humano-robotFacilitar la comunicacin humano robot utilizando diferentes modos de interaccin, como:reconocimiento de vozinteraccin con dispositivos mvilescomandos mediante ademanesAlto!

  • Navegacin con comandos de voz

  • Comandar a un robot con dispositivos mviles (PDAs)

  • Prototipo - Men principalDos opciones de manipulacin:MapasControl remoto

    Configuracin del sistema

  • PrototipoLugares marcados con significado semnticoBotones para avanzar, detener, retroceder y direccinRetroalimentacin de imagen en vivo

  • Comunicacin mediante ademanes

  • Ademanestiles para la comunicacin humano-robotComunicar informacin geomtricaVe para allToma ese objetoQu es eso?Complemento a la vozPara!Ven!

  • Ven

    Atencin

    Derecha

    Izquierda

    Alto

  • Reconocomiento de ademanesExtraccin de caractersticas ModeladoReconocimientoImagesFEFeaturesRMGestures

  • Extraccin de caractersticasDeteccin de pielSegmentacin de la cara y manosSeguimiento de la manoParmetros de movimiento

  • Deteccin dePiel

  • SegmentacinBsqueda radialAgrupamiento de pixelsde piel

  • SeguimientoLocaliza cara y manoSeguimiento de la mano

  • ParmetrosCambio en X (DX)Cambio en Y (DY)Cambio en rea (DA)Cambio en razn de lados (DR)Valores: (+, 0, -)X1,Y,1X2,Y2A1A2

  • ReconocimientoBasado en modelos ocultos de Markov (HMM)Un modelo por ademn:3 estados: gestos simples5 estados: gestos complejos

  • Ejemplos de comandos

  • Robots de servicioGuas un robot me sirve de gua en un museo, me explica las exibiciones, ...Ayudantes un robot corta el pasto, aspira la casa, vigila cuando no estoy, ayuda a personas discapacitadas, ...Rescate un grupo de robots localiza a los sobrevivientes en un terremoto, ...Exploracin un grupo de robots explora un volcn, un arrecife, marte, .......

  • De robots industriales a ...Tarea repetitivaAmbiente conocido y controladoNo hay interaccin con personasPoca flexibilidadPoca movilidad

  • ... a robots de servicioAmbientes desconocidos Ambientes dinmicosNecesidad de movilidadInteraccin con personasAmbientes exterioresNecesidad de flexibilidad

  • RetosExplorar y modelar el ambienteNavegar en ambientes desonocidos y dinmicosLocalizarse en el ambienteReconocer y manipular objetosComunicacin remotaInteraccin natural con personas

  • Coordinacin de TareasUn robot mvil que realiza una tarea compleja requiere de mltiples capacidades:Planeacin de trayectoriasEvasin de obstculosLocalizacinMapasInteraccin con personasSntesis y reconocimiento de vozGeneracin de expresiones

  • Coordinacin de TareasCada tarea puede implementarse relativamente independientemente mediante mdulos de softwareEl reto entonces es como coordinar estos mdulos de forma que se seleccione la mejor accin en cada situacinUna alternativa es utilizar teora de decisiones: realizar la accin que maximice la utilidad esperadaEn particular, en ambientes dinmicos con incertidumbre, esto corresponde a Procesos de Decisin de Markov

  • Ejemplo de AplicacinHomer: el robot mensajero

  • Homerrobot RWI B-14cmara estreoLCD display cara animadacabeza pan tiltmicrfono omnidireccional4 computadoras, interconexin a 100 MbpsComunicacin inalmbrica a 10 Mbps

  • Homer: cabeza

  • Homer: Arquitectura

  • Entrega de MensajesExplora el ambiente buscando una personaSe detecta a alguien por visin o vozHomer pregunta el nombre de quien enva, recibe y el mensajeHomer navega al lugar esperado (mapa) del receptorCuando detecta a la persona, Homer confirma y da el mensajeSi no, continua buscando o aborta y va por un nuevo mensajeAl mismo tiempo se mantiene localizado en el mapa y va a recargar su batera si es necesario

  • Mltiples-MDPsDada la complejidad del problema, partimos la tarea en varias sub-tareas y c/u es asignada a un MDPLas acciones de cada MDP son independientes y pueden ejecutarse concurrentementeNo hay conflicto entre las diferentes acciones de los MDPsTodos los MDPs tiene el mismo objetivo (recompensa)

  • Mltiples-MDPsResolvemos cada MDP independientemente (off-line) y ejecutamos la poltica ptima en forma concurrente (on-line)Los MDPs estn coordinados implcitamente por un vector de estados comnCada MDP slo considera sus acciones

  • Mltiples-MDPsVentajas:Reduccin en complejidadMs fcil construir los modelosAcciones concurrentesModularidadLimitaciones:No hay garanta de ptimo globalNo considera acciones con conflicto

  • Tareas NavegadorDilogoGestosLocali-zacinLoc.Pers.Gen.VozNDGNave-gacinGen.Gestos

  • MDPs para cada tareaNavegadorExploraNavegaLocalizaObten nueva metaIr a casaEsperaDilogoPreguntaConfirmaDar mensajeGestosNeutralFelizTristeEnojado

  • Variables de estadoTiene mensajeNombre receptorNombre envaEn metaTiene metaMeta inalcanzableReceptor inalcanzable

    Batera bajaLocalizacin inciertaEscucha vozPersona cercaLlama HomerYes/No

  • Experimentos

    Persona se acercaD: preguntaG: sonrisaMensaje recibidoN: navegarD: silencioG: neutralPosicin inciertaN: localiza

  • Experimentos

    Entrega mensajeN: esperarD: entregaG: sonrisaBatera bajaN: ir a casa

  • Homer en accin

  • Retos futurosIntegracin integrar en forma efectiva los diferentes aspectos comunicacin, planeacin, interaccin, etc.Equipos de robots desarrollar equipos de robots que se coordinen para hacer una terea compleja (rescate)Aprendizaje desarrollar robot que puedan adaptarse a nuevos ambientes incluyendo situaciones desconocidasRepresentacin desarrollar modelos que permitan al robot tener una representacin de ms alto nivel (semntica) del ambiente, y comunicarse en base a esta representacinO