Autonomia robotów. Cezary Zieliński Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechnika Warszawska

Transkrypt

1 Autonomia robotów Cezary Zieliński Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechnika Warszawska Wszechnica PAN 13 kwietnia 2016 r.

2 Anatomia robota Receptory (czujniki) - fizyczne urządzenia, które mierzą wielkości fizyczne (wizyjne, ultradźwiękowe, zbliżeniowe, dotykowe) Efektory - układy wykonawcze, napędy, narzędzia Układ sterujący - sterowniki, komputer sterujący

3 Serwomechanizm Zasada działania sprzężenia zwrotnego regulacja położenia

4 Poziomy ontologiczne

5 Rodzaje autonomii robotów Energetyczna na pokładzie niezbędne jest źródło zasilania: Napęd elektryczny akumulator Napęd hydrauliczny sprężarka Napęd pneumatyczny sprężarka lub zbiornik ciśnieniowy Napęd spalinowy napędza sprężarkę lub prądnicę Decyzyjna różny stopień: Operator steruje maszyną teleoperacja Maszyna samodzielnie wykonuje zadanie robot autonomiczny Operator sporadycznie podejmuje decyzje częściowa autonomia

6 Kategorie robotów: Roboty przemysłowe środowisko strukturalne Roboty usługowe środowisko częściowo strukturalne Roboty terenowe środowisko niestrukturalne Im mniejszy stopień strukturalności środowiska tym wymagany jest wyższy stopień autonomii robota

7 Autonomia decyzyjna wymaga: Inteligencji Modelu robota i środowiska Wiedzy zdroworozsądkowej Zdolności do wnioskowania Zdolności komunikacyjnych (wspólny język i ontologia) Porozumiewanie się z człowiekiem Porozumiewanie się z innymi robotami Reaktywności (szybkich reakcji na bodźce)

8 Agent upostaciowiony Agent Twór postrzegający swoje środowisko oraz oddziałujący na nie, a ponadto posiadający wewnętrzny imperatyw do realizacji pewnych zadań. Robot Postrzega środowisko czujnikami, oddziałuje na nie efektorami i wykonuje zdefiniowane zadanie. Agent upostaciowiony Twór postrzegający swoje środowisko poprzez receptory (czujniki) oraz oddziałujący na nie poprzez efektory, a ponadto posiadający wewnętrzny imperatyw do realizacji pewnych zadań.

9 Struktura agenta upostaciowionego a agent C system sterowania E efektor rzeczywisty R receptor rzeczywisty j nazwa agenta x wejście y wyjście

10 Struktura agenta upostaciowionego

11 Percepcja Rozpoznawanie obiektów Analiza środowiska Mapowanie otoczenia

12 Konstrukcja autonomicznych robotów wymaga rozwiązania różnorodnych zagadnień badawczych Aktywna wizja Przykładowe sposoby osiągania autonomii: Proste agenty działające autonomicznie w ramach roju Koordynowane agenty proste Złożone agenty

13 Inteligencja roju Kolektywne zachowanie zdecentralizowanego samoorganizującego się systemu składającego się z autonomicznych agentów Wyłaniające się (emergentne) złożone zachowanie systemu wynika z prostych zachowań agentów Proste zachowania agentów są łatwe do zaprogramowania Zaprojektowanie zachowania emergentnego jest niezmiernie trudne Wynikowe zachowanie systemu wynika z interakcji pomiędzy agentami, które porozumiewają się pośrednio (np. stygmergia)

14 Zalety roju Brak centralnego planowania Zdecentralizowana struktura Proste reguły działania agentów Złożone wynikowe zachowanie sytemu Struktura odporna na awarie części agentów Pośrednia komunikacja poprzez otoczenie (komunikacja bezpośrednia źle się skaluje) Skalowalne (dodawanie agentów nie wymaga przeprogramowywania systemu)

15 Pchanie pudła Niezależnie działające agenty realizujące wspólne zadanie - komunikacja poprzez obserwację otoczenia 4 współbieżne zachowania wykorzystujące sprzężenie zwrotne do redukcji 4 uchybów do 0

16 Alternatywa dla roju Systemy z koordynatorem Umożliwiają planowania działań Systemy jednorodne (wszystkie roboty potrafią to samo) lub niejednorodne Roboty wykonują jedno lub więcej zadań naraz Zadania wymagają jednego lub więcej robotów Zadania znane na początku lub pojawiają się w trakcie pracy Funkcja użyteczności: Użyteczność = Jakość - Koszt

17 Zrobotyzowane podpory - SwarmItFIX

18 Ograniczone zasoby nieograniczone potrzeby Sterowniki o zmiennej strukturze - RAPP

19 Układanie kostki Rubika, jako zadanie testowe Roboty usługowe

20 Inne eksperymenty prowadzące do powstania robota usługowego Robot zbierający piłki pingpongowe Robot otwierający drzwi Robot z serwomechanizmem wizyjnym Robot kasjer

21 Systemy teleoperowane też potrzebują autonomii działania Wykorzystanie dalmierza, kamery i GPS do wskazania celu ruchu Autonomiczna nawigacja wykorzystująca odometrię, GPS, kompas oraz sonary Dekompozycja systemu sterowania na agenty: a 1 - sterujący platformą mobilną a 2 sterujący głowicą z kamerą i dalmierzem a 0 koordynujący pracę systemu oraz tworzący interfejs z użytkownikiem

22 Roboty Ratowniczo-Eksploracyjne - RobREx Manipulacja dwuręczna Otwieranie drzwi Planowanie trajektorii ruchu Nauka chwytania

23 Dziękuję za uwagę R.U.R. Karel Čapek