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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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
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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