A multi-hierarchical symbolic model of the environment for improving mobile robot operation
Cipriano Galindo Andrades · 2015
El trabajo desarrollado en esta tesis se centra en el estudio y aplicacion de estructuras multijerarquicas, que representan el entorno de un robot movil, con el objetivo de mejorar su capacidad de realizar tareas complejas en escenarios humanos. Un robot movil debe poseer una representacion simbolica de su entorno para poder llevar a cabo operaciones deliberativas, por ejemplo planificar tareas. Sin embargo a la hora de representar simbolicamente entornos reales, dado su complejidad, es imprescindible contar con mecanismos capaces de organizar y facilitar el acceso a la ingente cantidad de informacion que de ellos se deriva. Aparte del inconveniente de tratar con grandes cantidades de informacion, existen otros problemas subyacentes de la representacion simbolica de entornos reales, los cuales aun no han sido resueltos por completo en la literatura cientifica. Uno de ellos consiste en el mantenimiento de la representacion simbolica optimizada con respecto a las tareas que el robot debe realizar, y coherente con el entorno en el que se desenvuelve. Otro problema, relacionado con el anterior es la creacion/modificacion de la informacion simbolica a partir de informacion meramente sensorial (este problema es conocido como symbol-grounding). Esta tesis estudia estos problemas y aporta soluciones mediante estructuras multijerarquicas. Estas estructuras simbolicas, basadas en el concepto de abstraccion, imitan la forma en la que los humanos organizamos la informacion espacial y permite a un robot movil mejorar sus habilidades en entornos complejos. Las principales contribuciones de este trabajo son: - Se ha formalizado matematicamente un modelo simbolico basado en multiples abstracciones (multijerarquias) mediante Teoria de Categorias. ? Se ha desarrollado un planificador de tareas eficiente que es capaz de aprovechar la organizacion jerarquica del modelo simbolico del entorno. Nuestro metodo ha sido validado matematicamente y se han implementado y comparado dos variantes del mismo (HPWA-1 y HPWA-2). - Una instancia particular del modelo multijerarquico ha sido estudiada e implementada para organizar informacion simbolica con el objetivo de mejorar simultaneamente diferentes tareas a realizar por un robot movil. - Se ha desarrollado un procedimiento que (1) construye un modelo jerarquico del entorno de un robot, (2) lo mantiene coherente y actualizado y (3) lo optimiza con el fin de mejorar las tareas realizadas por un robot movil. - Finalmente, se ha implementado una arquitectura robotica que engloba todas las cuestiones anteriormente citadas. Se han realizado pruebas reales con una silla de ruedas robotizada que ponen de manifiesto la utilidad del uso de estructuras multijerarquicas en robotica movil.