Диалоговое управление роботами с использованием нечетких моделей - Статья

Принцип «диалогового управления роботами» был сформулирован академиком Е.П. Управление роботами, обладающими полимодальной сенсорной системой и базой знаний, способными самостоятельно ориентироваться в окружающей среде и принимать решения о дальнейших действиях, существенно отличается от традиционных задач управления. Роль сигналов управления выполняют команды оператора, имеющие определенную структуру и сформированные на проблемно-ориентированном языке, близком к естественному.Как следует из введения, мы различаем в деятельности робота, как и в деятельности человека, когнитивную и предметную составляющие, находящиеся в диалектическом единстве. Она включает в себя следующие составляющие: · собственно диалог с оператором, включая распознавание речи, синтаксический разбор и семантический анализ высказывания, что может интерпретироваться как понимание запроса оператора, а также синтез обращения к оператору · планирование действий, приводящих к выполнению задач поставленных оператором, - как предметных действий, так и когнитивных, направленных на получение необходимой информации об окружающем мире Поскольку мы говорим о задаче управления, то характер сообщений оператора, как правило, является командой роботу на выполнение тех или иных действий. В наиболее простом и часто встречающемся случае существо команды заключается в изменении состояния внешнего мира, которое предполагается известным роботу на момент отдания команды.Структура команды предполагает имеющееся в базе знаний описание внешнего мира, включающего как описание объектов, представляющих интерес для выполнения операции, так и пространственных отношений между объектами мира, включая сам робот. Состояние мира (текущая ситуация) описывается системой бинарных фреймов (, , ), где в качестве одного из объектов может, в частности, выступать робот. Устанавливая нечеткие отношения между всеми объектами, представляющими интерес для выполнения данной операции, мы получим нечеткую семантическую сеть, на которой можно выполнять различные логические операции, например, установить отношения между любой парой объектов [1]. Таким образом, описание мира включает описание собственно объектов и отношений между ними. Ко вторым относятся такие отношения как R1 - соприкасаться; R2 - быть внутри; R3 - быть вне; R4 - быть в центре; R5 - быть на одной прямой; R6 - быть на одной плоскости; R7 - иметь ненулевую проекцию, R8 - стоять на поверхности.К элементарным относятся такие операции, которые уже не допускают дальнейшего разбиения на части и обычно содержатся в языке программирования робота, например, в языке ARPS. Описание элементарных операций (ЭО), как рабочих, так и когнитивных, содержится в базе знаний робота, в которой с каждой операцией связывается соответствующий фрейм. Такой фрейм содержит имя операции и ее описание с помощью лингвистических переменных начальной и целевой ситуации, а также предусловий, при которых операция может быть выполнена, и постусловий, обеспечивающих корректность цели. Предусловия могут зависеть от ситуации, от возможностей робота и от свойств объекта работы. В общем случае предусловия могут быть трех типов: а) ситуационные, например, условие объект А свободен означает, что на объекте А не находится любой другой объект; б) определяемые возможностями робота: робот имеет захват, соответствующий типу объекта и его размерам; и в) связанные с особенностями объекта работы: объект является твердым телом и может выдержать без разрушения усилие, развиваемое при захвате.Особенностью процедуры планирования в робототехнике, по сравнению с известными методами интеллектуального планирования (AI-planning), является возможность постоянного сравнения результатов фактического наблюдения за ситуацией и заданных в процедуре планирования условий. Сравнение может проводиться как сравнение лингвистических описаний реально наблюдаемой и предполагаемой (существующей только в качестве высказывания) ситуации. Для генерации последовательности элементарных операций (ЭО), приводящих к цели, используется процедура разрешения противоречий, развитая в работах С.С. Например: если цель: (a1 R8 S), т.е. объект a1 стоит на поверхности S , а реально (a1 OR8 S), то противоречие порождает типовую операцию перенести а1 на S . Если цель определяется как (a1 R2 С), т.е. вал a1 находится внутри втулки С, а по результатам наблюдений выполняется (a1 OR2 С), то порождается типовая операция: вставить a1 в С.Выше было показано, что высказывания, представленные на языке ситуационного управления, могут быть выражены на внутреннем семиотическом языке, сведены к последовательности символов. В свою очередь, команда оператора, поступающая от модуля распознавания речи, также является последовательностью символов. Таким образом, взаимодействие модуля распознавания и лингвистического модуля сводится к преобразованию одной последовательности символов в другую на базе грамматики, построенной экспертом. Учитывая, что словарь язык ситуационного управления довольно ограничен, необходимо составить предварит