steuerungsarchitekturen für stand-alone-robotersysteme
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Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
Seminar Robotik WS 04/05
Torsten Ehli
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
2
1. Allgemeine Anforderungen an Roboter
2. Klassische Zerlegung
3. Ansatz von Brooks: Ebenenentwicklung
4. Beschreibung der Ebenen
5. Weiterentwicklungen und Beispiele
6. Fazit
Inhalt
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
3
1. Anforderungen
1. Parallele Tätigkeiten und Ziele
2. Paralleler Sensorbetrieb
3. Robustheit
4. Erweiterbarkeit
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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2. Klassische Zerlegung
Sensoren
Wahrnehmung
Modellierung anpassen
Planung
Aufgabenbearbeitung
Regelung der Motoren Gelenk
e
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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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
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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3. Subsumption Architektur
Sensoren
Gelenke
Verhalten von Objekten ergründen
Veränderungen an der Welt planen
Objekte Identifizieren
Veränderungen beobachten
Karten erstellen
Erkunden
Wandern
Objekte vermeiden
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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3. Subsumption Architektur
Aufgabenorientierte Zerlegung
Parallelisierung der Aufgabenbearbeitung
Schnelle Verarbeitung notwendiger Daten
Reduzierung des Overheads
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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3. Ebenen hinzufügen
Induktiver Aufbau Ebene 0 vollständig fehlerfrei
Höhere Ebene
Niedrigere Ebene
Lesen
Verändern
unbewusst
31.1.2005 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
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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
ModulEingänge
AusgängeS
10
Reset
I3
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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3. Anforderungen
1. Parallele Tätigkeiten und Ziele
2. Paralleler Sensorbetrieb
3. Robustheit
4. Erweiterbarkeit
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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4. Ebene 0Roboter Roboter
GefälleKraft
Flüchten
Kommando
Kollision
Halt
Sonar Karte
Motor
Motorstatus
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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4. Ebene 0
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraft
Flüchten
Kommando
Kollision
Halt
Sonar Karte
Motorstatus
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4. Ebene 0
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraft
Flüchten
Kommando
Kollision
Halt
Sonar Karte
Motorstatus
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4. Ebene 0
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraft
Flüchten
Kommando
Kollision
Halt
Sonar Karte
Motorstatus
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4. Ebene 0
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraft
Flüchten
Kommando
Kollision
Halt
Sonar Karte
Motorstatus
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4. Ebene 1
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraf
t Flüchten
Kommando
Kollision
Halt
Sonar Karte
Aus-weichen
WandernRichtung
S1.5
Motorstatus
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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4. Ebene 1
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraf
t Flüchten
Kommando
Kollision
Halt
Sonar Karte
Aus-weichen
WandernRichtung
S1.5
Motorstatus
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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4. Ebene 2
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraf
t Flüchten
Kommando
KollisionHalt
Sonar Karte
Aus-weichenWandern
Richtung
S1.5
I2.5
I2
S1.5
S1.5
S0.5
I1/4
I1/4
Greifer
ZielGriff
Pfad-planung
Ziel
Aus-richten
Motor-
status
Kommando
Monitor IntegrationRoboter
Integral
Drehen
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4. Ebene 2
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraf
t Flüchten
Kommando
KollisionHalt
Sonar Karte
Aus-weichenWandern
Richtung
S1.5
I2.5
I2
S1.5
S1.5
S0.5
I1/4
I1/4
Greifer
ZielGriff
Pfad-planung
Ziel
Aus-richten
Motor-
status
Kommando
Monitor IntegrationRoboter
Integral
Drehen
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4. Ebene 2
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraf
t Flüchten
Kommando
KollisionHalt
Sonar Karte
Aus-weichenWandern
Richtung
S1.5
I2.5
I2
S1.5
S1.5
S0.5
I1/4
I1/4
Greifer
ZielGriff
Pfad-planung
Ziel
Aus-richten
Motor-
status
Kommando
Monitor IntegrationRoboter
Integral
Drehen
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4. Ebene 2
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraf
t Flüchten
Kommando
KollisionHalt
Sonar Karte
Aus-weichenWandern
Richtung
S1.5
I2.5
I2
S1.5
S1.5
S0.5
I1/4
I1/4
Greifer
ZielGriff
Pfad-planung
Ziel
Aus-richten
Motor-
status
Kommando
Monitor IntegrationRoboter
Integral
Drehen
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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4. Ebene 2
Motor
Roboter Roboter
GefälleKraf
t Flüchten
Kommando
KollisionHalt
Sonar Karte
Aus-weichenWandern
Richtung
S1.5
I2.5
I2
S1.5
S1.5
S0.5
I1/4
I1/4
Greifer
ZielGriff
Pfad-planung
Ziel
Aus-richten
Motor-
status
Kommando
Monitor IntegrationRoboter
Integral
Drehen
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5. Genghis
32 Module reichen zum Laufen
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5. Genghis - Hardware
Je Bein zwei Servomotoren
Sensoren 6 passive Infrarotdetektoren 2 Berührungssensoren als Barthaare 2 Neigungsmesser
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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
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5. Weiterentwicklungen
Flexibleres Überschreiben und Unterdrücken
Gruppierung von Modulen zu abgeschlossenen Verhalten Innerhalb und zwischen Verhalten:
Nachrichten Überschreiben Unterdrücken
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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
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5. Kismet
„nur“ ein Kopf (15 DOF)
Simulation sozialer Interaktion Mimik Sprache
Verhaltensbasiert
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5. Kismet
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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6. Fazit
Divide-and-Conquer Ansatz
Einfach zu erweitern
Aktueller Gegenstand der Forschung
31.1.2005 Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme
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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.
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Quellen (2)
http://www.ai.mit.edu/projects/humanoid-robotics-group/ ... kismet/kismet.html ... cog/cog.html ... genghis/genghis.html
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