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

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme Inhalt Allgemeine Anforderungen an Roboter Klassische Zerlegung Ansatz von Brooks: Ebenenentwicklung Beschreibung der Ebenen Weiterentwicklungen und Beispiele Fazit 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme 1. Anforderungen Parallele Tätigkeiten und Ziele Paralleler Sensorbetrieb Robustheit Erweiterbarkeit 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme 3. Annahmen von Brooks Komplexität Dinge einfach halten Kartierung Drei Dimensionen Relative Koordinaten Umgebung Sensornutzung Selbstkalibrierung Selbsterhaltung 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

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

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

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme 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 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme 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 I 3 S 10 Reset 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme 3. Anforderungen Parallele Tätigkeiten und Ziele Paralleler Sensorbetrieb Robustheit Erweiterbarkeit ü ü ü ü 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme 5. Genghis 32 Module reichen zum Laufen Alpha = Advance (vor/zurück) Beta = Balance (up/down) 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

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

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

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme 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 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme 5. Kismet 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme 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 Don‘t 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. 31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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