Sensa Do y Actuaci On

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$

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