sensa do y actuaci on
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7/25/2019 Sensa Do y Actuaci On
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Introduccin a la robtica basada encomportamientos
(parte 2)
Departamento de Computacin
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Universidad de Buenos ires
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Percepcin y actuacin
!ipos de ambientes
Dispositivos de sensado
Es"uemas de percepcin
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Es a"uello con lo "ue un a#ente (robot) interactua$
Ambiente
Accesible/Inaccesible
%i los sensores proporcionan todo lo "ue &ay "ue saber
sobre el estado completo del ambiente ' necesario para
ele#ir una accin ' entonces el ambiente es accesible ala#ente$ %i el ambiente no es accesible se puede recurrir a
un modelo del mundo para "ue el robot pueda interactuar
con l$
Parcialmente observables
%i la descripcin del entorno es incompleta respecto a lain*ormacin necesaria para tomar un accin adecuada$
Perceptual aliasing
El robot percibe dos estados di*erentes del sistema como el
mismo estado$ Esto es su descripcin es parcial$
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Determinstico/No-determinstico (estocstico)
%i el estado si#uiente del ambiente est+ determinado
plenamente por el estado presente del mismo y por la
accindel a#ente ' se trata de un ambiente
determin,stico$$
E-emplo de ambiente parcialmente accesible pero
determin,stico "ue es percibido como estoc+stico$
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sttico/Dinmico
%er+ est+tico todo ambiente "ue no cambie mientras el
a#ente est+ interactuando con l$ No necesita tener
modelos de comportamiento del sistema$
E-emplo de *.tbol de robots (video)
!in adversario/con adversarios
En un ambiente con adversarios &ay otros a#entes "ue
pueden impedir "ue el robot cumpla un ob-etivo$
/a presencia de adversarios puede re"uerir modelos de
prediccin del comportamiento de otros a#entes$
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Discreto/"ontinuo
Un ambiente es conitnuo si la descripcin completa del mismo
puede adoptar in*initos estados$
%i bien un ambiente puede ser continuo en #eneral su
representacin producto del procesamiento de la se0al de los
sensores usualmente es discreta$
.n una representacin discreta el estado del sistema puede
constituir un con-unto lo su*icientemente #rande como para ser
tratado exa&ustivamente$
E-emplo del 1&epera$
Cluster aliasin#$
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#ar$ovianos/ no mar$oviano
%i la decisin de realiar una accin dependeexclusivamente del estado actualdel sistema (i$e$ la
representacin actual del entorno)
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Dispositivos de sensado
3osicionamiento relativo
4dometr,a (encoders sensores Doppler)
%ensado inercial (#irscopos acelermetros y compases)
%ensores de proximidad
!elmetro por ultra'sonido o I5
3osicionamiento absoluto
(3or *aros o marcas 63%)
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!ensores de pro%imidad in&rarro'os
Emisor
I5
%ensor
I5
5+pidos
Econmicos
3ueden sensar en
ausencia de luambiente
/ivianos y pe"ue0os
%u-etos a ruido
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Detalle
7icroprocesador o
microcontrolador
Entrada8salida
#eneral (9 o :)
Driver
Emisor
%ensorConversor
anal#ico8di#ital$$$
%ensa
radiacin I5ambiente
%ensa
radiacin I5re*le-ada
BU%
l#oritmo
;acer desde i
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elmetro por ultra-sonido
%e emite una se0al de ultrasonido (no audible) y se espera la
se0al "ue rebota$
El tipo de super*icie y *orma del ob-eto in*luyen en la se0al
recibida de vuelta$
6racias al tiempo transcurrido se puede estimar la distancia$
/a propa#acin del sonido es := m8mse#$
3or lo tanto un obst+culo a = metros producir+ una demora de
2: mse# y uno a =: cm una demora de 2 mse#$
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'emplo* Devantec+ !,.
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Posicionamiento relativo
Este mtodo usa encoders para sensar la rotacin de la rueday8o rotacin de la direccin$
/a odometratiene la venta-a "ue no re"uiere de
exteroceptores y es capa de proveer al robot una estimacin
de su posicin$
/a desventa-a es "ue el error de la posicin crece en *ormadiver#ente al menos "ue una re*erencia externa pueda ser
usada periodicamente >Cox 9??9@$
ncoder
Un &a de lu es per,odicamente interrumpido por un disco
ranurado o re*le-ado por una super*icie con contrastes
brillantes y opaca$ Uno o mas discos est+8+n asociado8s con
cada actuador$
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;ay dos tipos b+sicos de encodersA
incrementalabsolute$
El encoderincremental mide velocidad rotacional de la cual se
puede obtener el desplaamiento de la posicin del robot$
El encoderabsoluto mide exactamente la posicin an#ular de lacual se puede obtener velocidad$
El tipo de codi*icacin necesaria para un encoderabsoluto &ace
"ue su uso sea restrictivo a a"uellas situaciones donde
de*initivamente el posicionamiento relativo es insu*iciente$
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Encoderpor cuadratura de *ase
/os sensores est+n dispuestos de modo "ue sus se0ales
est+n des*asadas un +n#ulo determinado (*i-ado por el
+n#ulo entre marcas del encoder)$
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%ensor para un encoderabsoluto
Arreglo de
detectores
%pansor
de +a01
uente
de lu0 2ente de
colimado
2ente
cilndricaEncoder
3inario4rey
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'emplode odometr,a para un mvil de dos ruedas$
%upon#amos "ue en un intervalo de
tiempo t el encoder i"uierdo #enera un
cambio de Ni cuentas y el derec&o de Nd
cuentas$
El *actor de conversin * entre cuentas y
desplaamiento es
f< D 8 R
donde Res la resolucin del encoder
(en cuentas por vuelta)y Del di+metro
de la rueda$
/a distancia recorrida por cadarueda *ue
Li8Ld< f Ni 8 Nd
y as, el centro del robot C se
despla LC
LC< (Li Ld) 8 2$
C
el cambio de direccin
realiado ser+< (Ld' Li) 8 B
donde Bes la distancia
entre ruedas$
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%ix (:) y (:) (:) eran las coordenas previas del robot los
valores lue#o del movimiento son
(t) < (:)
x(t)
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!ensores de direccin
En odometr,a un pe"ue0o error en el desplaamiento del+n#ulo produce un constante y creciente error en la posicin$
Principio del girscopo
%e basa en mantener la orto#onal del sentido de #iro de un
cuerpo con masa no despreciable$ Cual"uier movimiento "ue serealice no perturbar+ la direccin de la orto#onal y por lo tanto
esa direccin servir+ de re*erencia$
"ompases%e basan en al#.n principio de sensado ma#ntico para
detectar los cambios producidos por un movil respecto al
campo ma#ntico de la tierra$
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/a se0al del 37 (pulse idt& modulated) prolon#a su duracin
(alta) en *orma proporcional al +n#ulo sensado$
El anc&o del pulso var,a desde 9mse#$ (:G) &asta =H$??mse#$
(=?$?G)$ Esto es 9 mse# de #rado representa 9:: microse#$ deextensin del pulso$
/a se0al ba-a durante H mse#$ Entre dos pulsos dando una cota
sobre la *recuencia de muestreo$
El valor del +n#ulo sensado tambin es accesible por un canal serie
I2C$
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#todos de posicionamiento por triangulacin
B+sicamente siempre &ay disponibles al menos 2 *aros$ Cada*aro puede *uncionar como un emisor o como un re*lector$
robot
Faro 1
Faro 2
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%i el *aro *unciona como un emisor el mismo est+ calibrado
sincronicamente con el receptor (o sea el robot) y lo "ue el robotmide es cuanto tard en lle#ar emitida por cada *aro$
!ambin se puede medir la de#radacin de la potencia de la
portadora en sistemas de 5F (la de#radacin de la potencia de
la se0al es *uncin de la distancia)$
%i el *aro *unciona como re*lector el emisor env,a una se0al y
mide el tiempo "ue tardo en volver (por cambio de *ase o por
una marca en la se0al o enviando un pa"uete con un &orario desalida especi*ico)$ /as se0ales "ue se env,an para ser re*le-adas
pueden ser de radio o &aces de lu laser$
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!ensores Doppler
El principio de *uncionamiento se basa en el cambio de
*recuencia observado cuando una se0al (de una *recuencia
conocida) se re*le-a sobre una super*icie "ue se est+
moviendo respecto del observador (robot)$
donde
5Aes es la velocidad del robot
5Des la velocidad medida por Doppler
es el +n#ulo de inclinacin
ces la velocidad de la lu
Des el corrimiento de la *recuencia de la
se0al
6es la *recuencia transmitida
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'emploA !raJ'%tar Ultrasonic %peed %ensor
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videncia neurobiolgicaA la in*ormacin es tratadasimult+neamente por varias estructuras$
;ay evidencias "ue una parte del cerebro es dedicada a
reconocimiento de una *orma (object vision stream) y otra
parte es dedicada al entorno por e-emplo .til para locomocin
(spatial vision stream)$
videncia desde la psicologa del comportamientoA
affordance es la actividad "ue un or#anismo de una cierta
clase puede realiar cuando encuentra una entidad en el
espacio sensorial de una cierta clase$
Esto es las acciones son diri#idas por la percepcin$
viceversa$ /a percepcin es diri#ida por la accin a realiar$
Accin y percepcin
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Propiocepcinre*iere a la percepcin asociada a un est,mulo
proveniente del mismo or#anismo$ 3or e-emplo inte#racin de
un recorrido (path interation! en donde las distanciasrecorridas por insectos o ara0as son almacenadas de al#una
manera y usadas por los mismos para volver a su cueva (rJin)$
%terocepcinre*iere a la percepcin de est,mulos a-enos a un
or#anismo$
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El mundo es percibido en base a (las necesidades de) la
accin a realiar$
3or e-emplo si el robot necesita ir de a B y en el medio
&ay una silla los re"uerimientos de percepcin sobre la silla
se limitan a identi*icarla como obst+culo$
%i el robot necesita encontrar una silla en un entorno con
m.ltiples ob-etos los re"uerimientos sobre un obst+culo
incluyen su identi*icacin$
/a tarea a ser realiada determina la estrate#ia perceptual y elprocesamiento re"uerido$
3ercepcin orientada por la accin
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3ercepcin selectiva (%immons 9??2)
Kisin con un propsito (loimonos y
5osen*eld 9??9)
Kisin /ocaliada (;orsill y BrooJs 9?LL)
3ercepcin orientada a la tarea (5imey 9??2)
!odas estas de*iniciones est+n estrec&amente relacionadas
con percepcin orientada por la accin$
!odas contrastan con el cl+sico en*o"ue de visin donde la
percepcin es usada para reconstruir el mundo
(#eomtricamente u obtener una abstraccin del mismo)$
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/os sistemas basados en comportamiento pueden or#aniar su
percepcin (percepcin orientada por la accin) de acuerdo a A
!ensado dividido (Sensor fission)
!ensado &usionado dirigido por la accin
(action-oriented sensor fusion)
!ensado en secuencia (sensor fashion)
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Comportamiento 93ercepcin 5espuesta i
Comportamiento 23ercepcin B 5espuesta ii
Comportamiento =3ercepcin C 5espuesta iii
Cada percepcin (percept) est+ asociada a un comportamiento
espec,*ico$ /a percepcin puede estar asociada a un sensor (o
#rupo de sensores) espec,*ico o a una combinacin de losmismos$ 3or e-emplo si el sensor de c&o"ue es activado se
activar+ el comportamiento de &u,da$ En cambio si el sensor
de lu es estimulado ser+ activado el comportamiento de ir
&acia la lu$
!ensado dividido (Sensor fission)
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Comportamiento 9
3ercepcin
5espuesta i
!ensado &usionado dirigido por la accin
(action-oriented sensor fusion)
3ercepcin B
3ercepcin C
&usin
/os distintos mtodos de sensado en un robot son
complementarios o contradictorios$ 3or e-emplo un sensor de
proximidad 'I5 o sonar ' promueve o no considerar la se0al de
un telmetro y este a su ve promueve o no usar la ima#en
captada por una c+mara en un comportamiento de alcanar un
ob-etivo espec,*ico$
4tro e-emplo para se#uir un camino un comp+s puede *usionar
con deteccin de bordes en *orma complementaria$
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Comportamiento 9
3ercepcin
5espuesta i
!ensado en secuencia (sensor fashion)
3ercepcin B
3ercepcin C
Un comportamiento se desencadena cuando una secuenciatemporal de percepciones es detectada$ /a percepcin
(percept) es la secuencia$
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/os re"uerimientos de percepcin determinan la accindel robot$
3ercepcin activa
3asadas en e%pectativas
%uelen re"uerir un modelo o memoria$ 3or e-emplo dondeesperar percibir un ob-eto "ue recin *ue percibido$ MCmo
esperar percibir un ob-eto determinado cuando &ay pistas
en base a sensado "ue puede estar *rente a l
"on &oco de atencin
!ienden a disminuir la car#a de procesamiento de la se0al o
*ocalian la percepcin sobre al#.n con-unto de sensores$