Paradigma Gerarchico - Server users.dimi.uniud.it

Robotica
Lezione 6
Paradigma Gerarchico
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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
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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
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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
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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
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ll peso computazionale del paradigmo
gerarchico insiste maggiormente sull'input in
conseguenza dell'elaborazione piuttosto
pesante a carico dei moduli sensoriali.
Sensori Virtuali
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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
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Caratteristica generale del paradigma gerarchico
è la sequenza dei moduli evidenziati in figura,
nota anche come sequenza SENSE-PLAN-ACT
Approccio AI
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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
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il paradigma reattivo è caratterizzato da
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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
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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
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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
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La figura illustra schematicamente il modo
generale di funzionamento dell'arbitraggio
Priorità
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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
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soluzione proposta da Brooks (1991) col
nome di subsumption architecture
permette di costruire molte creature artificiali
che mostrano il comportamento degli insetti.
Pianificatore
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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
Con l'ipotesi del sistema simbolico il
termine piano assume il significato
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.
Piano in Esecuzione
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caratterizzazione di piano in esecuzione per
evidenzare sia la dipendenza dall'ambiente
che gli aspetti pragmatici dell'esecuzione
Pianificazione
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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
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La figura precedente mostra che l'interpretazione 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
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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
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verificare se gli effetti richiesti dell'ultima
azione eseguita si siano effettivamente
realizzati
meccanismo percettivo: individuare un'opportuna politica di gestione sensoriale per
ottenere dal loro impiego il maggior
vantaggio possibile
Generazione del Piano
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insieme di regole da
applicarsi alla descrizione del mondo
acquisita in anticipo ed,
eventualmente,
aggiornata con uso
congruo dei sensori
Risultato dell'azione
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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
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l'esecuzione delle
azioni dipende anche
dalla verifica che un
certo insieme di
condizioni q siano
rimaste vere al
termine di ciascuna
azione ak
Abilità Sensomotorie
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l'azione percettiva ha l'effetto di


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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, P2,...,
Pm di azioni percettive e a1, a2,..., an di
azioni attuative che costituiscono gli
elementi base delle sue abilità sensomotorie.
Azione Percettiva
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risposta al riconoscimento che l'evento
Ei si è verificato
se lo stato del mondo
è descritto da B'i,
allora tale descrizione
deve modificarsi in B''i
Pre/Post Percezione
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le azioni percettive sono procedure mirate di
revisione della conoscenza
modificano la descrizione dello stato del
mondo Br nel nuovo stato Bs successivo alla
suddetta percezione.
Ciclo Percezione-Azione
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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
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lo schema reattivo rilegge l'implementazione
del pianificatore classico in modo da
eliminare tutta la parte di manipolazione di
simbolica in esso presente
Comportamento
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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 Si, ottenendo la funzione di
transizione di stato di un automa a stati finiti FSA.
Si associ a ciascun Si la corrispondente azione
attuativa ai.
Comportamento Emergente
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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).