PDF de programación - Modelos de Programación en Robótica Móvil

Modelos de Programación en
Modelos de Programación en

Robótica Móvil
Robótica Móvil

Prof. Wilmer Pereira

Universidad Católica Andrés Bello
Universidad Simón Bolívar

http://www.ldc.usb.ve/~wpereira

Universidad Católica Andrés Bello

Universidad Simón Bolívar

Prof. W'ilmer Pereira

4tas JOINCIC

2011

¿ Qué es un robot ?
¿ Qué es un robot ?

Criatura mecánica con la que, a largo plazo,

se pretende emular las funciones de un humano

Manufactura: manipuladores nucleares e industria automotriz, ...
Servicio usuario final: aspiradoras, guías de museos, mesoneros, ...
Vehículos terrestres, submarinos y espaciales
Telepresencia y realidad virtual
Exo-esqueletos

Estereotipos


Leyenda negra
2001 Odisea del Espacio
Terminator
Yo Robot
Matrix



Leyenda blanca

Hombre Bicentenario
Robot (Walt Disney)
IA (Steven Spilberg)

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4tas JOINCIC

2011

Ejemplos de Robots
Ejemplos de Robots

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2011

Arquitectura Básica Robótica
Arquitectura Básica Robótica

Sensores

Robot

Efectores

Sensor: Exploran el entorno para posicionarse y/o controlar sus

movimientos. Los sensores pueden ser activos o pasivos

Efector: Actuan sobre el entorno según sus grados de libertad (gdl)

que son los posibles movimientos básicos independientes
bien sean giratorios o de desplazamientos.

Contacto:
Fuerza:
Infrarojos:
Cámaras:
Sonares:

Limitados para explorar
Dificiles de manejar
Sensibles a la luz solar y fluorescentes
Se debe tener gran capacidad de procesamiento
Distancias mal determinadas, falsos positivos ...

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Prof. W'ilmer Pereira

4tas JOINCIC

2011

Paradigmas en Robótica
Paradigmas en Robótica

Filosofías y/o técnicas que caracterizan
Filosofías y/o técnicas que caracterizan
el enfoque para resolver problemas
el enfoque para resolver problemas

Manipuladores
Telepresencia

vs

Autónomo

Jerárquico

Reactivo

Normalmente sin técnicas de
inteligencia artificial

Híbrido

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2011

Robótica con manipuladores
Robótica con manipuladores

Automatización industrial en tareas repetitivas
que no requiere sensores pues los algoritmos

normalmente son determinísticos

No es solución a largo plazo
Se usa en trabajos riesgosos y tediosos
En casos de haber cambios, deben ser reprogramados

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4tas JOINCIC

2011

Telepresencia con arquitecturas
Telepresencia con arquitecturas
cliente/servidor
cliente/servidor

Control de robot a distancia a través de una red cableada o inalámbrica
No siempre hay visión cuando el enlace no ofrece alto ancho de banda
Puede haber fatiga cognitiva si se utiliza realidad virtual (costoso)
Retardo de conexión (casi 1,5 seg a la Luna y 5,5 min hasta Marte)
Un operador por robot

Usos:

Tareas estructuradas y no repetitivas
Ambientes riesgosos para el hombre
Útil cuando el retardo es bajo
Normalmente requiere de visión artificial
Común en control semi-autónomo

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2011

Telepresencia vía Red
Telepresencia vía Red

Construcción de aplicaciones que interactuen
con un robot a partir de un componente Jini

Servicios
(Robots)

Localizador de

Servicios

(JINI)

Clientes
(Mapas)

Robot Legomindstorm navegando en un ambiente desconocido
con obstáculos (montado sobre una estación SUN Ultra)
Mapa de navegación se visualiza en un computador remoto
El operador humano controla los movimientos del robot con
ayuda del mapa, usando los efectores (motores y dispositivos
de rotación) gracias a los sensores (sólo contacto)
El robot es un servicio de red compartido (controlado con un
enlace infrarrojo), accedido remotamente (programa Java+Jini)

6th World Multiconference on Systemics, Cybernetics and Informatics
(SCI 2002), Orlando, USA, 14-18 Julio 2002.

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2011

Paradigma Jerárquico
Paradigma Jerárquico

Sense

Plan

Act

Las sensaciones se reúnen en un modelo global
de planificación que actúa después por introspección

Es necesaria la suposición de mundo cerrado CWA
(Closed World Assumption). El mundo es sólo lo explícito

Inconvenientes … no considera el aceptado esquema estímulo/respuesta

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2011

Navegación con imágenes
Navegación con imágenes

Programación de un Robot Autónomo modelo
con Procesamiento Digital de Imágenes

Movimientos en un espacio con señalización que indica directivas
de desplazamiento (derecha, izquierda, adelante o atrás)
Robot Legomindstorm y una cámara vision command para la entrada de
información y dos motores para salida o efectores del sistema
Programación con redes neurales para el reconocimiento de patrones
(letras).

Limitaciones
Limitaciones

Procesamiento de imágenes en el computador (bajadas por el
puerto USB cableado) lo cual impide plena autonomía
El robot no es capaz de encontrar los letreros pues no maneja
profundidad en las imágenes

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2011

Paradigma Reactivo
Paradigma Reactivo

PlanPlanPlanPlan

Sense

Act

Fuerte tendencia biológica que acopla sense-act con
comportamientos predeterminados (Plan
omnipresente)

Basado en el paradigma Estímulo-Respuesta de los
psicólogos de Harvard inspirados en B. F. Skinner

Inconvenientes … obviar el plan es una situación en ocasiones extrema

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Aprendizaje en esquema
Aprendizaje en esquema
depredador/presa
depredador/presa

Sistema Autónomo de Inteligencia Artificial para Orientar Intersección de
Objetivo Móvil de Comportamiento Evasivo Aplicado a Robótica
Interacción de dos robots donde uno es depredador
y el otro presa.
La presa tiene una técnica evasiva desconocida del
depredador
El depredador utiliza técnicas de Inteligencia Artificial
para aprender y capturar la presa
La entrada de datos la recibe el depredador desde una
cámara situada sobre el espacio.

3eras Jornadas de Investigación UCAB, Noviembre 2005, Caracas

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2011

Paradigma Híbrido
Paradigma Híbrido

Plan

Sense

Act

Primero planifica y luego es reactivo

El planner está presente en todos los sensing pero
sólo actúa en ciertas condiciones

Inconvenientes … muy dependiente de la aplicación

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2011

Autonomía en Navegación
Autonomía en Navegación

Sistema Autónomo de Desplazamiento en Robots con
Reconocimiento de Patrones Geométricos Regulares

Robot Legomindstorm navegando en un ambiente desconocido
de calles e intersecciones
Algoritmo de aprendizaje por reforzamiento
Pruebas de comparación entre Q-Learning y Value Iteration para medir
desempeño en diferentes circunstancias de navegación
El robot es autónomo y recibe feedback del entorno (distancia hasta el
objetivo) y fue desarrollado en JAVA

International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics,
Setúbal, Portugal, August 25-28, 2004.

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2011

Integración de Paradigmas:
Robótica Espacial

La robótica espacial integra todos los paradigmas pues
debe ser autónomo y también es posible la telepresencia
Rovers recientes Spirit (finalizado 25 mayo 2011, 8 Kms)
y Opportunity (Enero 2004) activos más del tiempo previsto
IDEA = Agentes Inteligentes de Ejecución Instalable,
futuros robots en el Centro Ames (NASA), en Silicon Valley.

Capsula Huygens (enero 2005) de la misión Cassini,
que se posó en Titán (una de las lunas de Jupiter)

Multiagentes

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2011

Spirit ...

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2011

Navegación Robótica
¿ Cuál es su posición actual ?

¿ Dónde ha estado ?

¿ Hacia donde se dirige ?

¿ Cómo llegar más eficientemente al objetivo ?

Navegación Topológica

Desplazamiento bajo enfoque cualitativo usando marcas.

Utiliza teoría de grafos para desplazamientos y

es compatible con enfoque reactivo

Navegación Métrica

Desplazamiento bajo enfoque cuantitativo intentando optimizar.

Compatible con enfoques jerárquicos

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2011

Competencias de Robótica
Competencias de Robótica

Latinoamericana IEEE (Bogotá, 1-4 Octubre)
http://www.ewh.ieee.org/reg/9/robotica/indexsp.htm

Abierto (recolector de café)
LegoMindStorm (apoyo en inundaciones)

Nacional ULA (Mérida, 16-18 Noviembre)
http://www.ing.ula.ve/ulabots

Velocidad en varias pista
Llenado de tanques (con entrada en binario)

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2011

Principios de Programación
Principios de Programación

Movimientos: OnFwd, OnRev, Off, wait



– OUT_A, OUT_B y OUT_C

Detección: SetSensorTouch, SetSensorLigth, SetSensorSound, ...

– IN_1, IN_2, IN_3 y IN_4

Estructuras de control: while, until

Manejo de concurrencia y exclusión mutua

Macros y subrutinas

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4tas JOINCI