Control Activo y Diferencial en el Tiempo de Robots Humanoides

Abstract

El objetivo de esta tesis es el desarrollo e implementación de una arquitectura híbrida de control para robots bípedos humanoides. Una arquitectura híbrida es aquella que permite tener diferentes niveles de control que funcionan en paralelo, cada uno de los cuales se evalúa a diferente frecuencia con diferente información sensorial. La arquitectura implementada se estructura en tres niveles. La meta es lograr que los niveles superiores tengan información de más alto nivel que se puede obtener a una frecuencia más baja, a diferencia de lo que ocurre en los niveles inferiores, en donde la información sensorial es de menor calidad pero obtenida a una frecuencia mayor. Esto permite jerarquizar el desarrollo de los comportamientos según la calidad de información que requieren y su frecuencia de actualización. Los principales aportes de esta tesis son la implementación de una estructura híbrida en tres niveles: reactivo, deliberativo y planificación; que permiten manejar comportamientos individuales o grupales de robots, que logra operar con múltiples objetivos en los diferentes niveles de la toma de decisiones. Esta arquitectura se diseña de tal forma que los comportamientos grupales, definidos en el nivel de planificación, configuran misiones para los comportamientos del nivel deliberativo, los cuales a su vez definen objetivos para los del nivel reactivo, los que finalmente seleccionan las acciones a ejecutar. El manejo de objetivos múltiples se basa en una evaluación de los diferentes objetivos a lograr en el nivel deliberativo, generando un puntaje por cada uno de ellos, los que son actualizados en el nivel reactivo para que reflejen los cambios en el entorno del robot. Para evaluar el funcionamiento de la arquitectura diseñada se realizaron diferentes pruebas, tanto en simulador -para así disminuir los daños- como en los robots reales. El objetivo de éstas fue verificar que el diseño cumplía con los requerimientos de las diferentes misiones, sin mermar la reactividad del robot en ningún instante. En efecto, en los experimentos efectuados con los robots reales, la efectividad del robot en marcar goles fue sobre 80% para las misiones de atacante demostrando gran reactividad y precisión. Además en cuanto al manejo de múltiples objetivos, se destaca que en la misión de arquero el robot pudo realizar visión activa sin perder la reactividad lo que permite al robot detectar las caídas en 57 [ms]. Adicionalmente, se lograron generar comportamientos grupales y desarrollar estrategias conjuntas, las que no afectaron las misiones individuales de los robots cuando hubo problemas en la comunicación de datos. Estos resultados demuestran las ventajas de la estructura híbrida en cuanto al manejo de los recursos computacionales del robot gracias a la ejecución de los comportamientos en diferentes niveles permitiendo a éste cumplir diferentes misiones sin afectar su capacidad de reacción. Finalmente, cabe destacar que esta arquitectura fue exitosamente usada para competir en competencias internacionales de robótica RoboCup 2010.