Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

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

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

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

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

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

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

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

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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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

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

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

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

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

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

17 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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

18 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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

19 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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme Ziel

20 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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme Ziel

21 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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme Ziel

22 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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme Ziel

23 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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme Ziel

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

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

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

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

28 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 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

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

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

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Quellen 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. Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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Quellen (2) ... kismet/kismet.html ... cog/cog.html ... genghis/genghis.html Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme