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

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

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

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

5. Komplexität Dinge einfach halten Kartierung Drei Dimensionen Relative Koordinaten Umgebung Sensornutzung Selbstkalibrierung Selbsterhaltung 3. Annahmen von Brooks 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. 3. Ebenen hinzufügen • Induktiver Aufbau • Ebene 0 vollständig fehlerfrei Höhere Ebene Lesen Verändern unbewusst Niedrigere Ebene Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

9. 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

10. 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 Ausgänge Eingänge I 3 S 10 Reset Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

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

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

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

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

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

17. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 5. Genghis • 32 Module reichen zum Laufen Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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

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

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

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

32. 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. Steuerungsarchitekturen für Stand-Alone-Robotersysteme

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