37
Exploração direcionada Algoritmo Ativa e obtém as leituras dos sensores; Realiza a atualização local do mapa; Atualiza o atributo potencial das células da região visitada; Determina a preferência das regiões do ambiente e associa um valor de distorção às células da região. Calcula o vetor gradiente descendente da posição do robô; Desloca-se seguindo a direção definida por este gradiente; Repete o processo até que todo o ambiente esteja completamente explorado.

Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Exploração direcionadaAlgoritmo

l Ativa e obtém as leituras dos sensores;

l Realiza a atualização local do mapa;

l Atualiza o atributo potencial das células da região visitada;

l Determina a preferência das regiões do ambiente e associa um valor de distorção às células da região.

l Calcula o vetor gradiente descendente da posição do robô;

l Desloca-se seguindo a direção definida por este gradiente;

l Repete o processo até que todo o ambiente esteja completamente explorado.

Page 2: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Exploração direcionadaAmbientes de Teste

Page 3: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Exploração direcionada

Com preferência Sem preferência

Page 4: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Exploração direcionada

Ambientes de Teste

Numeros de Passos Numeros de Visitas

Page 5: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Exploração direcionada

Com preferência Sem preferência

Page 6: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Exploração direcionada

Numeros de Passos Numeros de Visitas

Ambientes de Teste

Page 7: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Exploração direcionada

Ambiente Simulado SLAM + Exploração Gulosa

SLAM + Exploração Integrada

Page 8: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Exploração direcionada

Ambiente Simulado SLAM + Exploração Gulosa

SLAM + Exploração Integrada

Page 9: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Planejador BVP

Page 10: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Planejador BVP

Page 11: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVPl Combination of BVP Path Planning and the Full Multigrid

method (FMG) [9].

l FMG solves PDE through a combination of solutions at several resolution levels.

Page 12: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

(1)

(2)

Considering the error of approximation

Ae = �Ap̃and using eq. (2), we obtain

where r is the residual and defined by

The error is relaxed

and used to correct the potential

Assuming the operator , eq. 1 becomes

Page 13: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Page 14: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Page 15: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVPOperators:

Restriction (R) Prolongation (P)

Full weighting restriction Bilinear interpolation

Page 16: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0

33 x 33

Page 17: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0

33 x 33 Solves the coarsest level

Page 18: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0

33 x 33

The robot starts the navigation in this level

Page 19: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

prolongs the potential

Level 0 Level 1

33 x 33 65 x 65

Page 20: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0 Level 1

33 x 33 65 x 65

restricts the residual

Page 21: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0 Level 1

33 x 33 65 x 65

restricts the residual

Compute the error approximation

Page 22: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

prolongs the error and updates the potential

Level 0 Level 1

33 x 33 65 x 65

restricts the residual

Page 23: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

prolongs the error and updates the potential

Level 0 Level 1

33 x 33 65 x 65

restricts the residual

The robot can navigate using the potential field at

this level

Page 24: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

prolongation prolongs the potential

Level 0 Level 1 Level 2

33 x 33 65 x 65 129 x 129

Page 25: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0 Level 1 Level 2

33 x 33 65 x 65 129 x 129

restricts the residual

Page 26: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0 Level 1 Level 2

33 x 33 65 x 65 129 x 129

restricts the residual restricts the residual

Page 27: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0 Level 1 Level 2

33 x 33 65 x 65 129 x 129

restricts the residual restricts the residual

Compute the error approximation

Page 28: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0 Level 1 Level 2

33 x 33 65 x 65 129 x 129

restricts the residual restricts the residual

prolongs and update the error

Page 29: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0 Level 1 Level 2

33 x 33 65 x 65 129 x 129

restricts the residual restricts the residual

prolongs and update the error prolongs and update the error

Page 30: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Level 0 Level 1 Level 2

33 x 33 65 x 65 129 x 129

Update de potential. The robot can use the highest resolution grid to navigate

Page 31: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

prolongation prolongation

Level 0 Level 1 Level 2

33 x 33 65 x 65 129 x 129

restriction

restriction restriction

Page 32: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Page 33: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

17x17

129 x129 Navigation switching the grids

Page 34: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

17x17

129 x129 Navigation switching the grids

Page 35: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

17x17

129 x129 Navigation switching the grids

Page 36: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

Hierarchical BVP

Resolution Time (seconds)Time (seconds)Time (seconds)Time (seconds)Resolution

HBVP PP BVP PP (SOR) BVP PP (GS) A*

9 x 9 2.29 x 10-5 2.04 x 10-3 2.01x10-3 6.58 x 10-5

17 x 17 2.37 x 10-4 2.10 x 10-3 3.61 x 10-3 2.10 x 10-4

33 x 33 1.24 x 10-3 5.52 x 10-3 3.11 x 10-2 5.57 x 10-4

65 x 65 1.51 x 10-2 3.53 x 10-2 4.88 x 10-1 1.70 x 10-3

129 x 129 2.64 x 10 -2 2.90 x 10-1 7.94 5.36 x10-3

257 x 257 2.39 x 10-1 2.56 130.32 1.95 x 10-2

Page 37: Exploração direcionada - Instituto de Informática - UFRGS › ~prestes › Courses › Robotics › Slides › RAula21.pdf · Exploração direcionada Algoritmo! Ativa e obtém

BIBLIOGRAFIAl [7] Prestes, E., Idiart, M. Sculpting Potential Fields in the BVP Path Planner. IEEE

International Conference on Robotics and Biomimetics, 2009.l [8] Prestes, E. Idiart, M. Computing Navigational Routes in Inhomogeneous

Environments using BVP Path Planner. IEEE/RSJ International Conference on Robotics and Systems, 2010.

l [9] Silveira, R. , Prestes, E. Nedel, L. Fast Path Planning using Multi-Resolution Boundary Value Problems. IEEE/RSJ International Conference on Robotics and Systems, 2010.

l [10] Prestes, E. Engel, P. Exploration driven by Local Potential Distortions. Submetido ao IEEE/RSJ International Conference on Robotics and Systems, 2011.

l [11] Stachniss, C., Grisetti, G., Burgard, W. Information Gain-based Exploration using Rao-Blackwellized Particle Filters. Proc. of Robotics: Science and Systems (RSS), 2005.