komplexes Verhalten einfacher mobiler Roboter

[stochri]

Vor einiger Zeit war in der c't ein Artikel zum c't-bot über einache Algorithmen, die ineinander verschachtelt ein komplex aussehendes Verhalten eines einfachen Roboters erzeugen.

Dieser Artikel zusammen mit der Beschäftigung mit Kollisisonserkennungsroutinen im ASURO hat mich auf verschiedene Ideen gebracht.

Oft wird erwähnt, dass Roboter viele Sensoren brauchen um Ihre Umwelt gut zu erfassen. Ich glaube, dass man diese Aussage etwas genauer untersuchen sollte.
Statted man z.B. einen einfachen zweirädrigen Roboter mit einerm wagrechten Fühlstift mit Druckschalter aus, könnte dieser über das Abtasten der Umgebung mit dem Fühlstift eine sehr komplexe innere Representation seiner Umwelt aufbauen.
Eine Beschränkung dieses Umweltmodells entsteht bei Robotern mit sehr kleinen Controllern nur duch den geringen zur Verfügungs stehenden Speicher. Findet man allerdings eine sehr effiziente Speichermethode, läst sich damit doch wieder eine komplexe Umweltrepresentation erzeugen.

Was meint Ihr zu diesem Thema ?

[Manf]

Oft wird erwähnt, dass Roboter viele Sensoren brauchen um Ihre Umwelt gut zu erfassen. Ich glaube, dass man diese Aussage etwas genauer untersuchen sollte.

Vielleicht gehört zum guten Erfassen auch, ob die Hindernisse weich oder hart und magnetisch, heiß, klebrig, hell oder grün, radioaktiv und/oder elasitsch sind.

Statted man z.B. einen einfachen zweirädrigen Roboter mit einerm wagrechten Fühlstift mit Druckschalter aus, könnte dieser über das Abtasten der Umgebung mit dem Fühlstift eine sehr komplexe innere Representation seiner Umwelt aufbauen.

Vielleicht sind die Hindernisse sogar intelligent und vielleicht sogar nachtragend.
Manfred

[PicNick]

..Hindernisse sogar intelligent und vielleicht sogar nachtragend..

Ich hab zu Hause zwei Hindernisse mit diskutierbarer Intelligenz, aber auf jeden Fall nachtragend und ggf. auch "weg"tragend

Spaß beseite: Dis Sensorik muß logo nur das abdecken, was relevant ist.
Und wenn durch Odometrie und Fühlstift eine "Karte" mit ausreichender Genauigkeit erstellt werden kann, würde das natürlich reichen.
Insofern geb' ich Dir völlig recht.
Das mit der Speicherkapazität ist auch klar. Das ist eine Frage der Quantität und nicht der Qualität.
Geht halt um die "ausreichende" Genauigkeit. Ein einzelner einfacher Fühlstift o.A. ist sicher recht minimalistisch, vielleicht meinst Du das aber auch nur als Extrembeispiel.

Ich meine, wenn das Verhältnis "wie schnell ändert sich die Umwelt" zu "wie lang brauch ich, das zu realisieren und ertasten" günstig ist, geht das Ganze sicher auch auf einfache Weise.

Bißchen geschwafelt, fürcht' ich.

[stochri]

Vielleicht hier noch mal zur Intention dieses Threads:
Mein Ansatz ist, mit den vorhandenen Mitteln das Maximale aus der Technik herauszuholen. Das interessante daran ist, dass man unter Umständen auf Lösungsmöglichkeiten kommt, die andere auf Grund des Suchraumes gar nicht finden würden.
Der ASURO hat eine sehr eingeschränkte Sensorik und Aktuatorik und es hängt sehr stark von den geistigen Vorstellungskraft derjenigen ab, was damit erreicht werden kann.

Mir ist bei der Beschäftigung mit dem Kollisionserkennungsalgorithmus aufgefallen, dass sich der ASURO zwar selten aber doch machmal in einer Ecke verfangen kann.
Normalerweise bemerkt der Algorithmus, wenn die Radgeschwindigkeit langsamer wird. Dann fährt der Roboter in einem ca. 90° Winkel zurück.
Jetzt gibt es Situationen, bei denen der Roboter sozusagen in einene Dead-Lock gerät, bei dem er ständig anstößt, zurückfährt, vorfährt und an der selben Stelle anstößt.
Wenn ein Mensch den ASURO nicht sehen könnte, aber auf einem Computerbildschirm die Radgeschwindigkeit beobachtet, dann könnte er aus der Periodizität der Radgeschwindigkeitsänderung Rückschlüsse auf das Hängenbleiben des Roboters ziehen.

Hier läst sich ein Algorithmus entwickeln, der sozusagen auf einer höheren Abstraktionsebenene den Zustand des Roboters erkennen kann und entsprechend eingreift.

Eine zweite Sache, die ab und zu mal passiert, ist, dass der Roboter nach hinten umfällt und die Räder in der Luft drehen. Hier liese sich ebenfalls ein Algorithmus erstellen, der aus der Kenntnis der Raumgröße weiss, dass wenn die Räder längere Zeit ohne Kollisionserkennung laufen, der Roboter umgefallen sein muss.

Tja, was will ich eigentlich sagen: Wie aus den obigen Beispielen ersichtlich, kann sozusagen die Intelligenz fehlende Sensorik ersetzen bzw. wett machen.

Was bei beiden Verfahren auffält, ist, dass es einen zeitlichen Trade-Off gibt. Schwache Sensorik bedeutet lange Meßzeit. Durch die Beobachtung der zeitlichen Verläufe der Sensordaten wird sozusagen die fehlende "SensorInputBandbreite" ersetzt.

Ein gutes Beispiel für gegebene Umstände, bei denen keine zusätzliche Sensorik oder Mechanik mehr angebracht werden kann um ein Problem zu lösen und bei dem einzig und allein die eingesetzte Intelligenz Hilfe bringt, sind die Marsrover.

Das Team, welches die Rover steuert und programmiert, ist einzig und allein auf Kreativität und intelligente Ausführung angewiesen.

[PicNick]

Es geht also um die These, dass bessere auswertung letztlich mehr wert ist als bessere Sensoren ?

[Manf]

Sensoren oder Messungen nicht mit hohem Aufwand extrem genau zu machen sondern so zu gestalten, dass ihr Übertragungsverhalten bei der Auswertung berücksichtigt werden kann. Sonst bliebe diese Fähigkeit des Prozessors ungenutzt.
Das ist ein sehr schönes Thema.
Manfred

[PicNick]

..Das ist ein sehr schönes Thema.

Da stimm' ich gerne zu.
Es wird nur dazu führen, daß in den nächsten 5 Posts ganze Listen von Links zu irgendwelchen Doktorarbeiten auftauchen werden, und Fertigmahlzeiten find' ich nicht interessant (IMHO, laßt euch nur nicht stören).

[Manf]

einfache Algorithmen, ineinander verschachtelt

wie schnell ändert sich die Umwelt - zu - wie lang brauch ich, das zu ertasten

Lösungsmöglichkeiten, die andere auf Grund des Suchraumes gar nicht finden würden

die Beobachtung der zeitlichen Verläufe der Sensordaten ersetzt fehlende Sensor Input Bandbreite

Kreativität und intelligente Ausführung

bessere Auswertung ist letztlich mehr wert als bessere Sensoren

Messungen so gestalten, dass ihr Übertragungsverhalten bei der Auswertung berücksichtigt werden kann

Doktorarbeiten und Fertigmahlzeiten auftauen

Ich habe es einmal stark verkürzt, vielleicht ergeben sich ja noch einige Anregungen, vielleicht sind die Akzente auch anders zu setzen.
Vor allem einfache Beispiele wären sicher interessant.
Manfred

[PicNick]

Für Umwelt-Änderung versus Erfassungszeit könnt' man vielleicht so eine Art "Abtast-Theorem" aufstellen, von wegen "aliasing" etc.

EDIT: Ich wär aber dafür, erstmal eine feste "Umwelt" festzulegen, um nicht sofort im Endlosen zu verschwinden

[stochri]

Es geht also um die These, dass bessere auswertung letztlich mehr wert ist als bessere Sensoren ?

Vielleicht auch darum, mit Hilfe der Algorithmik Messgrößen zu erfassen, für die eigentlich gar keine Sensoren vorhanden sind.

Sensoren oder Messungen nicht mit hohem Aufwand extrem genau zu machen sondern so zu gestalten, dass ihr Übertragungsverhalten bei der Auswertung berücksichtigt werden kann. Sonst bliebe diese Fähigkeit des Prozessors ungenutzt.

Ja, ein Beispiel dafür wäre ein Federpendel, bei dem man nur den Ort der Masse kennt und aber die einwirkende Beschleunigung messen will.

Mir ist gerade ein gutes Beispiel eingefallen: Wie mache ich aus dem ASURO einen Regensensor ( vielleicht bin ich drauf gekommen, weils grad wieder mal regnet ), obwohl er ja eigentlich gar keinen hat ?
( Mir fallen zwei Lösungsmöglichkeiten ein und es gibt sicher noch mehr )