Санкт-Петербургский государственный университет инфо...
Download
1 / 23

Ю.К. Чеботарева - PowerPoint PPT Presentation


  • 136 Views
  • Uploaded on

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий механики и оптики Кафедра компьютерных технологий. Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение, на примере шага вперед человекоподобного робота. Ю.К. Чеботарева

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Ю.К. Чеботарева' - jerrod


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий механики и оптики

Кафедра компьютерных технологий

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение, на примере шага вперед человекоподобного робота

Ю.К. Чеботарева

Научный руководитель: д.т.н., зав. кафедрой "Технологии программирования", профессор А.А. Шалыто

2009


Человекоподобные роботы государственный университет информационных технологий механики и оптики

  • Создание человекоподобных роботов – перспективное направление науки

  • Такие роботы приспособлены для мира людей

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Robocup
Robocup государственный университет информационных технологий механики и оптики

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Robotstadium
Robotstadium государственный университет информационных технологий механики и оптики

  • Webots

  • Nao

    • Aldebaran Robotics

    • Standard Platform

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Сервомоторы государственный университет информационных технологий механики и оптики

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Базовые действия роботов государственный университет информационных технологий механики и оптики

  • Для создания конкурентоспособной управляющей программы необходим набор базовых действий:

    • Шаг вперед, назад, влево, вправо

    • Поворот влево, вправо

    • Подъем из положения лежа на спине, на животе

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Описание действий государственный университет информационных технологий механики и оптики

  • В одном движении от 10 до 100 и более фаз

  • Для каждой фазы необходимо задать углы сервомоторов

  • Подобрать вручную практически невозможно

  • Методы, основанные на физике и биомеханике сложны для реализации

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Пример действия (шаг вперед) государственный университет информационных технологий механики и оптики

И это только 10 фаз из 66 и 5 сервомоторов из 10!

Полная информация о движении больше в 12 раз.

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Постановка задачи государственный университет информационных технологий механики и оптики

  • Получить числовую последовательность, описывающую движение робота, такую что при ее использовании

    • робот сохранит равновесие

    • переместится вперед

    • минимально отклонится в сторону

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Сервомоторы для шага вперед государственный университет информационных технологий механики и оптики

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Алгоритм решения государственный университет информационных технологий механики и оптики

  • Генерация движений с использованием генетических алгоритмов

    • Алгоритм кодирования особей в хромосомы

    • Генетические операторы над хромосомами

    • Алгоритм вычисления функции-приспособленности

    • Критерий останова

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Задание особи государственный университет информационных технологий механики и оптики (1)

  • разобьем весь временной отрезок [0, τ] на nчастей

  • аппроксимируем Fiкубическими сплайнами на каждом из n отрезков

–полное время движения

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Задание особи государственный университет информационных технологий механики и оптики (2)

  • Имеем полиномы Pij,

  • Каждый полином задан на своем отрезке [x1,x2]

  • Для задания полиномадостаточно определить Pij(x1), P’ij(x1), Pij(x2), P’ij(x2)

  • Но: т.к. полиномы заданы на смежных отрезках, то в точке «смежности» x’

    • Pij-1(x’) =Pij(x’)

    • P’ij-1(x’)=P’ij(x’)

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Задание особи государственный университет информационных технологий механики и оптики (3)

  • Тогда для каждого сплайна требуется задать два параметра. Пусть это будут значения в конце соответствующего отрезка

    • Считаем, что начальное и конечное положение робота заданы и равны (Pi1(0) = Pin(τ))

  • Исключения:

    • Первый сплайн. Задаем дополнительно P’i1(0)

    • Последний сплайн. Pin(τ) не требуется

  • Итого: хромосома ─ вектор из 10∙2∙n вещественных чисел

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Выбор государственный университет информационных технологий механики и оптикиn

  • Экспериментально установлено, что 5-6 сплайнов достаточно для приближения функций сервомоторов из стандартного шага вперед

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Создание начального поколения государственный университет информационных технологий механики и оптики

  • N случайно сгенерированных особей

  • Учет ограничений на значения сервомоторов

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Отбор особей для следующего поколения

  • Элитизм

  • Скрещивание

  • Мутация

  • Особи для скрещивания и мутации выбираются по принципу рулетки

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Оператор скрещивания поколения

  • Получает и возвращает две особи

  • Одноточечный оператор скрещивания

  • n-точечный оператор скрещивания

  • Другие варианты скрещивания

Предки

Потомки

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Мутация поколения

  • Выбираем один из элементов хромосомы, увеличиваем или уменьшаем на случайное число

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Вычисление функции приспособленности

  • Движение моделируется в среде Webots

  • Приспособленность зависит от

    • времени на протяжении которого робот сохранял равновесие

    • смещения робота в сторону

    • поворота робота в сторону

если робот не упал

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Критерий останова приспособленности

  • Предсказать максимум приспособленности заранее нельзя

  • Останов, если максимальная приспособленность не менялась на протяжении G поколений

  • Останов через определенное число поколений

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Результаты приспособленности

  • Метод является весьма перспективным

  • Для числа поколений G = 100 и числа особей в поколении N = 100 среди лучших особей встречались способные поднять и опустить ногу. При этом слегка сместившись, но сохранив равновесие и не теряя мяч, лежавший перед ними, из виду.

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


Спасибо за внимание! приспособленности

Спасибо за внимание!

Чеботарева Ю.К.

Применение генетических алгоритмов для генерации числовых последовательностей, описывающих движение,

на примере шага вперед человекоподобного робота


ad