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Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme Seminar Robotik WS 04/05 Torsten Ehli.

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Präsentation zum Thema: "Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme Seminar Robotik WS 04/05 Torsten Ehli."—  Präsentation transkript:

1 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme Seminar Robotik WS 04/05 Torsten Ehli

2 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme2 1. Allgemeine Anforderungen an Roboter 2. Klassische Zerlegung 3. Ansatz von Brooks: Ebenenentwicklung 4. Beschreibung der Ebenen 5. Weiterentwicklungen und Beispiele 6. Fazit Inhalt

3 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme3 1. Anforderungen 1. Parallele Tätigkeiten und Ziele 2. Paralleler Sensorbetrieb 3. Robustheit 4. Erweiterbarkeit

4 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme4 2. Klassische Zerlegung Sensoren Wahrnehmung Modellierung anpassen Planung Aufgabenbearbeitung Regelung der Motoren Gelenke

5 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme5 3. Annahmen von Brooks 1. Komplexität 2. Dinge einfach halten 3. Kartierung 4. Drei Dimensionen 5. Relative Koordinaten 6. Umgebung 7. Sensornutzung 8. Selbstkalibrierung 9. Selbsterhaltung

6 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme6 3. Subsumption Architektur SensorenGelenke Verhalten von Objekten ergründen Veränderungen an der Welt planen Objekte Identifizieren Veränderungen beobachten Karten erstellen Erkunden Wandern Objekte vermeiden

7 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme7 3. Subsumption Architektur Aufgabenorientierte Zerlegung Parallelisierung der Aufgabenbearbeitung Schnelle Verarbeitung notwendiger Daten Reduzierung des Overheads

8 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme8 3. Ebenen hinzufügen Induktiver Aufbau Ebene 0 vollständig fehlerfrei Höhere Ebene Niedrigere Ebene Lesen Verändern unbewusst

9 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme9 3. Design der Ebenen Innerhalb einer Ebene werden nur benötigte globale Ressourcen verwendet. Verteiltes System von Modulen Erweiterte Endliche Automaten Eigene Zeitgeber Minimaler lokaler Speicher Asynchron getaktet Kommunikation über Leitung untereinander Keine Empfangsbestätigungen

10 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme10 3. Kommunikation Jedes Modul hat verschieden Ein- und Ausgänge Eingangsleitungen haben einen Speicherplatz Eingaben können Überschrieben werden (Supressed) Ausgaben können Unterdrückt werden (Inhibited) Modul kann in den Ursprungszustand versetzt werden Modul Eingänge Ausgänge S 10 Reset I3I3

11 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme11 3. Anforderungen 1. Parallele Tätigkeiten und Ziele 2. Paralleler Sensorbetrieb 3. Robustheit 4. Erweiterbarkeit

12 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme12 4. Ebene 0 Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Motor Motorstatus

13 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme13 4. Ebene 0 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Motorstatus

14 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme14 4. Ebene 0 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Motorstatus

15 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme15 4. Ebene 0 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Motorstatus

16 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme16 4. Ebene 0 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Motorstatus

17 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme17 4. Ebene 1 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Aus- weichen Wandern Richtung S 1.5 Motorstatus

18 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme18 4. Ebene 1 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Aus- weichen Wandern Richtung S 1.5 Motorstatus

19 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme19 4. Ebene 2 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Aus- weichen Wandern Richtung S 1.5 I 2.5 I2I2 S 1.5 S 1.5 S 0.5 I 1/4 I 1/4 Greifer Ziel Griff Pfad- planung Ziel Aus- richten Motor- status Kommando MonitorIntegration Roboter Integral Drehen

20 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme20 4. Ebene 2 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Aus- weichen Wandern Richtung S 1.5 I 2.5 I2I2 S 1.5 S 1.5 S 0.5 I 1/4 I 1/4 Greifer Ziel Griff Pfad- planung Ziel Aus- richten Motor- status Kommando Monitor Integration Roboter Integral Drehen

21 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme21 4. Ebene 2 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Aus- weichen Wandern Richtung S 1.5 I 2.5 I2I2 S 1.5 S 1.5 S 0.5 I 1/4 I 1/4 Greifer Ziel Griff Pfad- planung Ziel Aus- richten Motor- status Kommando Monitor Integration Roboter Integral Drehen

22 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme22 4. Ebene 2 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Aus- weichen Wandern Richtung S 1.5 I 2.5 I2I2 S 1.5 S 1.5 S 0.5 I 1/4 I 1/4 Greifer Ziel Griff Pfad- planung Ziel Aus- richten Motor- status Kommando MonitorIntegration Roboter Integral Drehen

23 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme23 4. Ebene 2 Motor Roboter Gefälle Kraft Flüchten Kommando Kollision Halt Sonar Karte Aus- weichen Wandern Richtung S 1.5 I 2.5 I2I2 S 1.5 S 1.5 S 0.5 I 1/4 I 1/4 Greifer Ziel Griff Pfad- planung Ziel Aus- richten Motor- status Kommando MonitorIntegration Roboter Integral Drehen

24 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme24 5. Genghis 32 Module reichen zum Laufen

25 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme25 5. Genghis - Hardware Je Bein zwei Servomotoren Sensoren 6 passive Infrarotdetektoren 2 Berührungssensoren als Barthaare 2 Neigungsmesser

26 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme26 5. Genghis 57 Module in der endgültigen Version Einfaches Gehen Stabileres Laufverhalten Verfolgen von sich bewegenden Objekten 2 Möglichkeiten Hindernisse zu erkennen

27 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme27 5. Weiterentwicklungen Flexibleres Überschreiben und Unterdrücken Gruppierung von Modulen zu abgeschlossenen Verhalten Innerhalb und zwischen Verhalten: Nachrichten Überschreiben Unterdrücken

28 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme28 5. Cog Menschenähnlicher Roboter Verhaltensbasiert Zwei 6-DOF Arme 7 DOF Kopf (Augen 3, Hals 4) 3 DOF Torso (noch ?) keine Beine Hände und Gesicht sind aktuelle Projekte

29 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme29 5. Kismet nur ein Kopf (15 DOF) Simulation sozialer Interaktion Mimik Sprache Verhaltensbasiert

30 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme30 5. Kismet

31 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme31 6. Fazit Divide-and-Conquer Ansatz Einfach zu erweitern Aktueller Gegenstand der Forschung

32 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme32 Quellen http://people.csail.mit.edu/u/b/brooks/public_html/ Rodney A. Brooks: A Robust Layered Control System for a Mobile Robot (1986) Rodney A. Brooks: A Robot that Walks; Emergent Behaviors from a Carefully Evolved Network (1989) Rodney A. Brooks: Elephants Dont Play Chess (1990) Rodney A. Brooks, Anita M. Flynn: Fast, Cheap and out of Control: A Robot Invasion of the Solar System (1989) Rodney A. Brooks, From Earwigs to Humans, Robotics and Autonomous Systems, Vol. 20, Nos. 2–4, June 1997, pp. 291– 304.

33 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme33 Quellen (2) http://www.ai.mit.edu/projects/humanoid- robotics-group/... kismet/kismet.html... cog/cog.html... genghis/genghis.html


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