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

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Robótica Inteligente Tema 6: Programación L. Enrique Sucar Marco López ITESM Cuernavaca

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Page 1: Robótica Inteligente Tema 6: Programación L. Enrique Sucar Marco López ITESM Cuernavaca

Robótica Inteligente

Tema 6:

Programación

L. Enrique Sucar

Marco López

ITESM Cuernavaca

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Programación Robots

Planeación

Modelado espacio

Control

Programaciónbajo nivel

sensores actuadores

Arquitectura

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Programación Robots

• Repaso arquitecturas

• Programación bajo nivel

• Introducción a control

• Modelado del espacio

• Planeación de trayectorias

• Prototipo terminado Concurso México

Page 4: Robótica Inteligente Tema 6: Programación L. Enrique Sucar Marco López ITESM Cuernavaca

Repaso: Arquitecturas de Robots

• Arquitectura– Arquitecturas deliberativas– Arquitecturas reactivas– Arquitecturas híbridas

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Arquitectura

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

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

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Arquitecturas básicas

• Arquitectura deliberativa

• Arquitectura reactiva

actuadoressensores

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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

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Arquitectura deliberativa

SensadoModelo

delmundo

Plan ControlEjecu-ción

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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

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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

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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)

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Arquitectura basada en Comportamiento

Planear

Explorar

Deambular

Evitar objetos

sensores actuadores

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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

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Ejemplo: enfoque reactivo

Ir a la luz

Evitar objetos motores

Buscar luz

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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)

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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

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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

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Arquitectura de 3 capas: ejemplo

Planeador

Secuenciador

sensores actuadoresavanzar

sin chocar

girarir a luz

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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)

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Arquitectura de Pizarrón

Obtenerinfo.

sensoresIr a lameta

Evitarobstáculo control

planeación

PIZARRÓN

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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

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Referencias

• [Jones, Flynn] Cap 9

• [Kortenkamp et. al] – Parte III

• [Russell y Norvig] – Cap 25

• [Dodek y Jenkin – Cap 6]

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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