Diplomarbeit Doku 031217_final_2 - Universität Bremen

3. Der theoretische Hintergrund zur teilautonomen Umgebungserfassung
3 Der theoretische Hintergrund zur teilautonomen
Umgebungserfassung
In diesem Kapitel soll der theoretische Hintergrund abgesteckt werden, auf den die zu entwerfenden
Methoden der teilautonomen Umgebungserfassung aufbauen. Zum einen werden zunächst
in Kapitel 3.1 allgemeine Aspekte betrachtet, deren Relevanz für diese Arbeit sich aus
den Vorgaben des Rahmenwerks als auch aus den vorangegangenen Kapiteln ableiten. In Kapitel
3.2 erfolgt eine zusammenfassende Vorstellung des Rahmenwerkes, welche gemeinsam
mit den allgemeinen Aspekten die Grundlage zur teilautonomen Umgebungserfassung bereitstellt.
3.1 Allgemeine Theorie zur Umgebungserfassung
Methoden der künstlichen Intelligenz ermöglichen es, von der realen Umwelt zu abstrahieren
und diese in ein diskretes Modell abzubilden. In diesem Zusammenhang ist die Erläuterung
des Prinzips des Situationskalküls zu sehen. Eng mit diesem verflochten sind Methoden der
Montageplanung, die die Menge der erlaubten Veränderungen am Zustand der Umwelt a priori
einschränken. Diese werden anschließend beschrieben.
3.1.1 Das Situationskalkül
Das Situationskalkül stellt die mathematische Grundlage des im Rahmenwerk verwendeten
Planungssystems dar. Es wurde von McCarthy und Hayes entwickelt und beschreibt den zu
modellierenden Weltausschnitt mit Hilfe der Prädikatenlogik erster Stufe als eine Folge von
Situationen. Eine jede Situation kann als „Schnappschuss“ der Welt verstanden werden. Ü-
bergänge von einer Situation in die nächste werden durch Aktionen hervorgerufen, die eine
Veränderung am Weltausschnitt vornehmen [Nor95].
System- und Umweltzustand lassen sich so als eine Menge diskreter Binärzustände auffassen,
welche prädikatenlogisch formuliert das Weltmodell aus der Sicht des Robotersystems beschreiben.
Folgende Binärzustände sind denkbar:
• Eigenschaften von Objekten: z. B. IsFilled( Bottle )
• Beziehungen zwischen Objekten: z. B. IsInPlacedPosition( Bottle, Tray, PlacedPos )
• Zustände des Systems: z. B. GripperOpen( Robot )
Das Prinzip des Situationskalküls garantiert, dass unterschiedliche Konstanten zur Bezeichnung
verschiedener Individuen erzwungen werden (Unique Name Axiom, UNA). Weiterhin
werden im betrachteten Weltausschnitt nur diejenigen Objekte als existent angenommen, die
auch im Modell abgebildet sind (Domain Closure Axiom, DCA). Der binäre Zustand eines
Prädikats wird auch als Faktum bezeichnet. So genannte Effektaxiome legen die Fakten fest,
die als Vor- und Nachbedingung für die Anwendung eines Operators gültig sind. Um das
Frameproblem zu vermeiden – d. h. Unbestimmtheit über die in einer neuen Situation unveränderten
Fakten – werden genau die Fakten als Nachbedingung eines Operators assoziiert, die
in der neuen Situation nicht mehr gültig sind. Somit können alle verbleibenden Eigenschaften
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