Sistemas de Control de Robots Mviles

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Sistemas de Control de Robots Móviles

• Clase 8,
• Juan Cristóbal Zagal

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Esquema Clásico

• También llamado Algorítmico o deliberativo.
• SPA. (Sensa Planea Actúa.)
• SMPA. (Sensa Planea Modela Actúa.)
• Descomposición Funcional Clásica de un robot
  móvil
• Percepción
• Modelo
• Plan
• Ejecución
• Control motriz.

Se emplea un conjunto discreto de acciones,
tiempos y eventos.
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Esquema Clásico

• En general entre los módulos existen redes de
  información con conexiones muy bien establecidas.
• Una crítica general es la dificultad que estos
  sistemas presentan en reaccionar rápidamente.
  Dado que hay que pasar por toda la cadena se
  tiene un tiempo de latencia.

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Esquema Clásico

• Se asume que el mundo se mantiene estático entre
  activaciones sucesivas del módulo de percepción.
• Generan la necesidad de organizar una gran
  cantidad de información.
• Existen dos modelos estándar para organizar la
  información, que son el Jerárquico y el de
  Pizarrón.

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Esquema Clásico Control Jerárquico.

• El proceso de control se divide en funciones. Hay
  funciones simples para procesos de bajo nivel,
  que se agrupan generando funciones más complejas
  que finalmente se encargan del control global del
  robot.
• La idea es minimizar la comunicación existente
  entre las distintas unidades o módulos.
• Existe un alto grado de encapsulamiento de la
  información.

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Esquema Clásico Control tipo Pizarrón.

• Existe un repositorio común de información
  (pizarrón) donde los distintos módulos
  intercambian información.
• En general los módulos son procesos
  independientes que actúan sobre el pizarrón.
• El flujo de información es muy grande.
• Es fundamental contar con un sistema eficiente de
  comunicación entre los módulos y el pizarrón.

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Esquema Clásico Control tipo Pizarrón.

• Claramente la información no esta encapsulada.
• Pueden generarse cuellos de botella en el
  procesamiento.
• Su naturaleza asíncrona puede hacer que el
  desarrollo del software sea complejo, produciendo
  muchos errores de coordinación.

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Críticas a los Esquemas Clásicos.

• Intentan satisfacer solo un objetivo en un tiempo
  determinado.
• Los sensores deben ser analizados en tiempo real,
  en general los esquemas clásicos no lo permiten.
  Si se consideran varios sensores no es posible
  considerar varios tiempos de latencia.
• No son robustos, si se pierde una pieza de
  información (ej falla en un sensor), toda la
  cadena se desploma.
• No son flexibles.

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Esquemas Clásicos, No todo es malo

• Son relativamente buenos en ambientes bien
  estructurados.
• Robots industriales que operan en ambiente
  controlado.

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Control Reactivo

• Se elimina el módulo de planeamiento, dejando los
  módulos de control conectados directamente con
  los sensores y actuadores.
• El comportamiento global del robot se determina
  por sus conductas mas que por un proceso de
  razonamiento deliberativo.

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Control Reactivo Basado en Conductas

• El robot posee una colección de conductas
  simples.
• La conducta global del robot emerge de la
  interacción entre el ambiente y dichas conductas
  (Brooks 1986).
• Un mecanismo de coordinación determina el peso
  relativo de las conductas en cada instante.

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Control Reactivo Basado en Conductas Ideas de
Brooks

• Rodney A. Brooks (MIT AI Lab.) es considerado el
  padre del control reactivo de robots. El lo
  denomina Behavioral Robotics.
• Ideas centrales de Brooks
• Habilidades sofisticadas del robot pueden
  construirse sobre la base de habilidades simples
  (bajo nivel), esto se denomina subsumption
  architecture (arquitectura de agregación)
• La percepción del robot y la acción pueden estar
  estrechamente relacionadas.
• El conocimiento quedaría encapsulado en el
  comportamiento.

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Control Reactivo Basado en Conductas
Ejemplo

• Manipular el mundo
• Construir mapas
• Explorar
• Evitar obstáculos
• Desplazarse

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Control Reactivo Basado en Conductas

• El control se distribuye en el conjunto de
  conductas.
• Cada conducta es responsable de un aspecto
  específico del control.
• Las conductas actúan sobre información inmediata
  local y selectiva obtenida de los sensores.

Avoid Obstacle
Follow Path
Coordination
. . .
Keep Balance
selected action
Sensory data
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Control Reactivo Basado en Conductas

• Existe la necesidad de coordinar los
  comportamientos, ejemplo

robot
objetivo
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Control Reactivo Basado en Conductas

• Métodos de coordinación
• Competitivo Solo una conducta afecta el
  comportamiento motriz en determinado instante
  (ejemplo subsumption-agregativo, Brooks 1986).
• Cooperativo Diferentes conductas afectan el
  comportamiento motriz en distintos grados
  (ejemplo fusion via vector summation Arkin 1989.)

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Control Reactivo Basado en Conductas
Mecanismos de selección (estado del arte)
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Control Reactivo Basado en Conductas

• Diseño
• Selección de conductas generada intuitivamente
  por el diseñador.
• Generalmente mediante un proceso de prueba y
  error.
• A veces es posible probar las conductas en forma
  independiente, evolucionarlas o ajustarlas
  independientemente.
• El ambiente juega un rol fundamental al
  determinar el rol de cada comportamiento en cada
  instante.

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Ventajas del Control Reactivo

• Permite atacar múltiples objetivos en forma
  simultánea.
• Permite manejar la información de múltiples
  sensores eficientemente, considerando sus
  respectivos tiempos de latencia.
• Robusto, en general existe una mayor probabilidad
  de que el sistema continúe en operación frente a
  fallas en sensores o actuadores.
• Permite una mayor flexibilidad en el diseño.