Robotica

Lezione 6

Paradigma Gerarchico

Il paradigma gerarchico, altrimenti detto knowledge-based, procede top-down dalla definizione del compito assegnato al robot alle procedure che lo stesso deve utilizzare nelle diverse situazioni, smontando il problema in sottoproblemi finchè si dispone dell'azione ad hoc.

Paradigma Reattivo

Il paradigma reattivo, o behaviour-based, si basa sulla definizione incrementale delle abilità di base del robot

tale repertorio produce il comportamento emergente desiderato

il task assegnato è risolto dall'interazione dei comportamenti di base.

metodo bottom-up per il quale non esiste necessariemente la soluzione cercata

Percezione verso Azione

importanza dell'apparato percettivo la percezione non può essere ridotta ad un

semplice insieme di periferiche di input dei dati.

la qualità, il tipo, il significato dei dati sensoriali è talmente variegato che necessita una consistente fase di elaborazione.

Fusione Sensoriale

paradigma cognitivista, caratterizzato da un modulo per l'elaborazione delle informazioni sensoriali

fusione dei dati sensoriali provenienti dai diversi sensori eterogenei,

aggiornamento consistente (belief revision) della rappresentazione simbolica interna (rappresentazione della conoscenza).

Modulo SENSE

ll peso computazionale del paradigmo gerarchico insiste maggiormente sull'input in conseguenza dell'elaborazione piuttosto pesante a carico dei moduli sensoriali.

Sensori Virtuali

raccolta dei dati provenienti dai moduli (driver) che controllano i singoli sensori,

fusione dell'informazione sensoriale complessiva.

i sensori considerati dal modulo SENSE sono visti già ad un livello di astrazione (sensori virtuali) rispetto ai sensori reali.

collo di bottiglia del paradigma gerarchico

Paradigma SPA

Caratteristica generale del paradigma gerarchico è la sequenza dei moduli evidenziati in figura, nota anche come sequenza SENSE-PLAN-ACT

Approccio AI

Seguendo il punto di vista dell'Intelligenza Artificiale il vero limite è pretendere che si possa realizzare una "mente" abbastanza potente da poter controllare il "corpo" di un qualunque robot autonomo.

Reattivo/Deliberativo

il paradigma reattivo è caratterizzato da la parallelizzazione evidente delle operazioni, lo spostamento del carico computazionale verso

l'output attuativo. l'implementazione di questo tipo di controllo

considera gli input sensoriale provenienti dai diversi sensori indipendenti fra loro,

in grado ciascuno di suggerire una specifica azione attuativa.

Selezione delle Azioni

guidata dal raggiungimento dell'obiettivo prefissato,

assenza di un modello interno del mondo, decisione del robot non ottimale, valutazione approssimata dello stato di

avanzamento della missione, alcune azioni potrebbero risultare

inconsistenti rispetto al mantenimento, ad esempio, dell'integrità interna del robot.

Arbitraggio

Non tutte le azioni hanno lo stesso peso rispetto al soddisfacimento dell'obiettivo per cui si richiede un arbitraggio dei moduli comportamentali candidati a prendere il controllo del robot.

arbitraggio: meccanismo che, a fronte di un insieme di possibili azioni, ciascuna proposta da uno specifico comportamento, ne seleziona una o più da passare agli attuatori sotto forma di comandi motori.

Schema di Arbitraggio

La figura illustra schematicamente il modo generale di funzionamento dell'arbitraggio

Priorità

assegnazione di un livello di priorità a ciascun comportamento

scelta dell'azione proposta dal comportamento attivo a priorità maggiore

soluzione semplice ma efficace, il robot agisce in ambienti pericolosi, caratterizzati da dinamiche altamente

imprevedibili

Architettura di Sussunzione

soluzione proposta da Brooks (1991) col nome di subsumption architecture

permette di costruire molte creature artificiali che mostrano il comportamento degli insetti.

Pianificatore

Secondo il punto di vista dell'Intelligenza Artificiale il comportamento di un robot è controllato dal piano la cui esecuzione è resa possibile dal cosiddetto pianificatore che è soltanto una parte del programma complessivo che governa il funzionamento del robot.

Caratterizzazione del Piano

Il piano è quella parte del programma di controllo su cui il robot può ragionarvi esplicitamente in vista di esecuzioni future

pianificare le azioni di un robot: generazione automatica e l'eventuale ottimizzazione dei piani per un robot.

Con l'ipotesi del sistema simbolico il termine piano assume il significato

Piano in Esecuzione

caratterizzazione di piano in esecuzione per evidenzare sia la dipendenza dall'ambiente che gli aspetti pragmatici dell'esecuzione

Pianificazione

il modulo plan definisce la parte dell'unità di governo del robot che genera il piano,

prende come input il modello corrente del mondo, aggiornato da uno o più azioni sensoriali (modulo sense),

genera una sequenza di azioni utilizzate per pilotare gli attuatori (act) e aggiornare la rappresentazione interna (exec).

Interpretazione del Piano

La figura precedente mostra che l'interpreta-zione del piano riguarda

la manipolabilità, ossia la capacità di

garantire un'immediato utilizzo delle azioni

generate da parte degli attuatori; l'espressività, ossia l'uso di meccanismi di

rappresentazione con cui eseguire eventuali

ragionamenti.

Pianificazione Lineare

La forma più semplice ed immediata che può assumere un piano è, ovviamente, quella di una lista di azioni

che impone alle stesse di essere eseguite nell'ordine indicato.

Compito del Piano

verificare se gli effetti richiesti dell'ultima azione eseguita si siano effettivamente realizzati

meccanismo percettivo: individuare un'op-

portuna politica di gestione sensoriale per

ottenere dal loro impiego il maggior

vantaggio possibile

Generazione del Piano

insieme di regole da applicarsi alla descri-zione del mondo

acquisita in anticipo ed,

eventualmente, aggiornata con uso

congruo dei sensori

Risultato dell'azione

Se il pianificatore è del tutto equivalente a quello di un generico risolutore di problemi allora l'azione selezionata modifica lo stato del mondo in accordo con la semantica dell'azione stessa.

Se viene eseguita da un agente che agisce

nel mondo reale allora è necessario che il

pianificatore situi l'azione.

Percezione Situata

l'esecuzione delle azioni dipende anche dalla verifica che un certo insieme di condizioni q siano rimaste vere al termine di ciascuna azione a

k

Abilità Sensomotorie

l'azione percettiva ha l'effetto di modificare la rappresentazione del mondo

dell'agente, selezionare l'azione più opportuna per

conseguire il risultato voluto.

l'agente è dotato di un repertorio P1, P

2,..., P

m

di azioni percettive e a1, a

2,..., a

n di azioni

attuative che costituiscono gli elementi base

delle sue abilità sensomotorie.

Azione Percettiva

risposta al ricono-scimento che l'evento E

i si è verificato

se lo stato del mondo

è descritto da B'i,

allora tale descrizione

deve modificarsi in B''i

Pre/Post Percezione

le azioni percettive sono procedure mirate di revisione della conoscenza

modificano la descrizione dello stato del

mondo Br nel nuovo stato B

s successivo alla

suddetta percezione.

Ciclo Percezione-Azione

Il termine p esprime la condizione di persistenza dell'azione percettiva per cui, quando p diventa falso significa che tale azione non è più disponibile o necessaria.

Il termine q, analogamente, indica le

condizioni di default che devono essere

soddisfatte per l'applicabilità dell'azione

attuativa.

Schema Reattivo

lo schema reattivo rilegge l'implementazione

del pianificatore classico in modo da

eliminare tutta la parte di manipolazione di

simbolica in esso presente

Comportamento

Dall'insieme degli elementi sensomotori si possono selezionare quelli che si riferiscono allo stesso sottoinsieme di precondizioni {B'1, B'2, ..., B's}.

Si sostituisca alle rappresentazioni simboliche B'i le etichette S

i, ottenendo la funzione di

transizione di stato di un automa a stati finiti FSA. Si associ a ciascun S

i la corrispondente azione

attuativa ai.

Comportamento Emergente

Tutti comportamenti del robot si ottengono allo stesso modo;

il quale, non impiegando esplicitamente il pianificatore per raggiungere l'obiettivo assegnato (comportamento emergente),

deve necessariamente servirsi di un modulo ad hoc per combinare l'azione dei vari moduli comportamentali (arbitro).