Thesis - RWTH Aachen University

30 2.3 Verfahren zur Koordination reaktiver Verhalten
Die meisten dieser Ansätze wurden jedoch ausschließlich auf mobile Plattform zur Navigation getestet.
Nur wenige, wie [Con89], [MA99], [PAKC00], [SvS00] und [Ste94], wurden auch auf mobilen
Manipulatoren angewendet; sie implementieren dennoch nur die sequentielle Anwendung von Verhalten
auf dem Manipulator.
2.3.1 Das Arbitration-Prinzip
Auf dem Arbitration-Prinzip aufbauende Mechanismen wählen ein einzelnes Verhalten aus und geben
diesem die komplette Kontrolle über die Aktuatoren (Abbildung 2.18). Im nächsten Zeitschritt
findet dann eine erneute Auswahl statt. Sei βj das ausgewählte Verhalten, dann gilt für Matrix G und
Koordinierungsfunktion C:
⎛
⎞
0 . . . 0 . . . 0
⎜ .
⎜ . .. .
. .. ⎟
. ⎟
⎜
⎟
Garb = ⎜ 0 . . . gj . . . 0 ⎟
⎜
⎝
..
⎟
. . . . ⎠
0 . . . 0 . . . 0
�ρ = Carb(Garb · � R) = Garb · � R
Bezüglich des Kriteriums zur Verhaltensauswahl, also der Aufstellung der Matrix G wird zwischen
Priority-based, State-based und Winner-takes-all basierten Mechanismen unterschieden. Beim Priority-based
Verfahren erfolgt die Auswahl anhand eines fest einprogrammierten Prioritätsschemas
[Bro86], [Con89], [Ste94], [GFZ00], [ANH95]. Systeme, die nach dem State-based Prinzip arbeiten,
besitzen einen endlichen Zustandsautomaten, der das jeweils aktive Verhalten in seinen Zuständen
kodiert [KB94], [FZ02], [Tan03], [KAHW00], [SIJ + 00], [PAKC00], [KD95]. Beim Winner-takes-all
Mechanismus enthält der Verhaltensselektor ein so genanntes Aktivierungsnetzwerk, das anhand von
Vorbedingungen ein Verhalten auswählt [Mae90], [FMB + 97], [AC96], [AUH99], [FPCR99].
Die Systeme, die auf dem Arbitration-Prinzip basieren, zeigen ein robustes Verhalten, das die gestellten
Aufgaben mit einer hohen Erfolgsrate lösen kann. Dennoch kann der Ansatz das System oft in
lokale Minima führen, wenn die ausgeführte Aktion eines Verhaltens vom nächsten Verhalten aufgehoben
wird und im nächsten Zeitschritt erneut aktiviert wird (Deadlock-Situation). Weiterhin können
diese Verfahren zwei Fertigkeiten, die unterschiedliche Freiheitsgrade ansteuern, wie z.B. ein Hindernisvermeidungsverhalten
für den Greifer und eins für die Segmente, nicht gleichzeitig anwenden,
auch wenn beide in einer kritischen Situation notwendig sind. Sie haben zusätzlich den Nachteil, dass
eine schnelle Ausführung der Fertigkeiten und ein schnelles Umschalten zwischen den Verhalten erforderlich
sind, damit der Koordinationsmechanismus erfolgreich sein kann. Existieren im System
rechenintensive Verhalten, wie z.B. die Hindernisvermeidung für einen Roboterarm, dann ist die Erfolgswahrscheinlichkeit
bei Arbitration-Mechanismen gering.
Subsumption
Arbitrations−Mechanismen
State−based Winner−takes−all
Ansätze zur Verhaltenskoordinierung
Command−Fusion−Mechanismen
Fuzzy−based Superposition−based Voting−based
Abbildung 2.17: Gruppierung der Ansätze zur Verhaltenskoordinierung