A formalization for multi-agent decision support in cooperative environments. A framework for situated agents

La tesis propone un marco de trabajo para el soporte de la toma de decisiones adecuado para soportar la ejecución distribuida de acciones cooperativas en entornos multi-agente dinámicos y complejos. Soporte para la toma de decisiones es un proceso que intenta mejorar la ejecución de la toma de decisiones en escenarios cooperativos. Este proceso ocurre continuamente en la vida diaria. Los humanos, por ejemplo, deben tomar decisiones acerca de que ropa usar, que comida comer, etc. En este sentido, un agente es definido como cualquier cosa que está situada en un entorno y que actúa, basado en su observación, su interpretación y su conocimiento acerca de su situación en tal entorno para lograr una acción en particular.Por lo tanto, para tomar decisiones, los agentes deben considerar el conocimiento que les permita ser consientes en que acciones pueden o no ejecutar. Aquí, tal proceso toma en cuenta tres parámetros de información con la intención de personificar a un agente en un entorno típicamente físico. Así, el mencionado conjunto de información es conocido como ejes de decisión, los cuales deben ser tomados por los agentes para decidir si pueden ejecutar correctamente una tarea propuesta por otro agente o humano. Los agentes, por lo tanto, pueden hacer mejores decisiones considerando y representando apropiadamente tal información. Los ejes de decisión, principalmente basados en: las condiciones ambientales, el conocimiento físico y el valor de confianza del agente, provee a los sistemas multi-agente un confiable razonamiento para alcanzar un factible y exitoso rendimiento cooperativo.Actualmente, muchos investigadores tienden a generar nuevos avances en la tecnología agente para incrementar la inteligencia, autonomía, comunicación y auto-adaptación en escenarios agentes típicamente abierto y distribuidos. En este sentido, esta investigación intenta contribuir en el desarrollo de un nuevo método que impacte tanto en las decisiones individuales como colectivas de los sistemas multi-agente. Por lo tanto, el marco de trabajo propuesto ha sido utilizado para implementar las acciones concretas involucradas en el campo de pruebas del fútbol robótico. Este campo emula los juegos de fútbol real, donde los agentes deben coordinarse, interactuar y cooperar entre ellos para solucionar tareas complejas dentro de un escenario dinámicamente cambiante y competitivo, tanto para manejar el diseño de los requerimientos involucrados en las tareas como para demostrar su efectividad en trabajos colectivos. Es así que los resultados obtenidos tanto en el simulador como en el campo real de experimentación, muestran que el marco de trabajo para el soporte de decisiones propuesto para agentes situados es capaz de mejorar la interacción y la comunicación, reflejando en un adecuad y confiable trabajo en equipo dentro de entornos impredecibles, dinámicos y competitivos. Además, los experimentos y resultados también muestran que la información seleccionada para generar los ejes de decisión para situar a los agentes, es útil cuando tales agentes deben ejecutar una acción o hacer un compromiso en cada momento con la intención de cumplir exitosamente un objetivo colectivo. Finalmente, algunas conclusiones enfatizando las ventajas y utilidades del trabajo propuesto en la mejora del rendimiento colectivo de los sistemas multi-agente en situaciones tales como tareas coordinadas y asignación de tareas son presentadas.

Local model predictive control for navigation of a wheeled mobile robot using monocular information

Aquesta tesi està inspirada en els agents naturals per tal de planificar de manera dinàmica la navegació d'un robot diferencial de dues rodes. Les dades dels sistemes de percepció són integrades dins una graella d'ocupació de l'entorn local del robot. La planificació de les trajectòries es fa considerant la configuració desitjada del robot, així com els vértexs més significatius dels obstacles més propers. En el seguiment de les trajectòries s'utilitzen tècniques locals de control predictiu basades en el model, amb horitzons de predicció inferiors a un segon. La metodologia emprada és validada mitjançant nombrosos experiments.

Closely coupled behaviour in networked robot systems

Multiple cooperating robot systems may be required to take up a closely coupled configuration in order to perform a task. An example is extended baseline stereo (EBS), requiring that two robots must establish and maintain for a certain period of time a constrained kinematic relationship to each other. In this paper we report on the development of a networked robotics framework for modular, distributed robot systems that supports the creation of such configurations. The framework incorporates a query mechanism to locate modules distributed across the two robot systems. The work presented in this paper introduces special mechanisms to model the kinematic constraint and its instantiation. The EBS configuration is used as a case study and experimental implementation to demonstrate the approach.

Simulation of a diffusion driven mobile robot

In this paper, we investigate the possibility to control a mobile robot via a sensory-motory coupling utilizing diffusion system. For this purpose, we implemented a simulation of the diffusion process of chemicals and the kinematics of the mobile robot. In comparison to the original Braitenberg vehicle in which sensorymotor coupling is tightly realised by hardwiring, our system employs the soft coupling. The mobile robot has two sets of independent sensory-motor unit, two sensors are implemented in front and two motors on each side of the robot. The framework used for the sensory-motor coupling was such that 1) Place two electrodes in the medium 2) Drop a certain amount of Chemical U and V related to the distance to the walls and the intensity of the light 3) Place other two electrodes in the medium 4) Measure the concentration of Chemical U and V to actuate the motors on both sides of the robot. The environment was constructed with four surrounding walls and a light source located at the center. Depending on the design parameters and initial conditions, the robot was able to successfully avoid the wall and light. More interestingly, the diffusion process in the sensory-motor coupling provided the robot with a simple form of memory which would not have been possible with a control framework based on a hard-wired electric circuit.

XpressTrades: aplicação Android para troca de itens

As pessoas que gostam de comprar videojogos e livros, ao final de algum tempo, verificam que têm muitos destes itens armazenados e que já não os utilizam. Se estas pessoas não tiverem o intuito de criar uma coleção desses itens, irão, provavelmente se desfazer deles, por exemplo deitando-os fora. Neste contexto, apresenta-se uma aplicação para dispositivos móveis que possuam o sistema operativo Android, designada de XpressTrades. Esta aplicação visa resolver o problema descrito acima, tornando as trocas de jogos e de livros mais fácil, ajudando os seus utilizadores a reutilizarem os seus itens e a os utilizarem como moeda de troca. Juntamente com esta aplicação foi desenvolvida uma Web API, utilizando a framework ASP.NET, a qual é utilizada pela aplicação para esta poder funcionar. Embora este projeto de mestrado se tenha focado no desenvolvimento de uma aplicação especificamente para a troca de jogos e de livros, a aplicação foi desenhada e desenvolvida de forma modular e está preparada para ser estendida à troca de qualquer tipo de itens. A aplicação XpressTrades reúne diversas particularidades que tornarão as trocas de itens mais rápidas e eficientes. Algumas delas são: a apresentação da lista de proprietários ordenados por distância em relação ao utilizador e a apresentação de uma lista de itens recomendados com base no histórico de visualizações de itens realizadas pelo utilizador, ou seja, com base nos seus interesses. Relativamente à metodologia utilizada no desenvolvimento deste projeto, dado que a ideia surgiu do autor deste trabalho, recorreu-se primeiramente a inquéritos para se averiguar se as pessoas realmente revelavam interesse neste projeto e investigou-se também a existência de aplicações semelhantes. Seguidamente, utilizou-se a técnica de brainstorming para gerar as ideias e criou-se protótipos de baixa fidelidade para testar a interface de utilizador. Na fase de implementação, seguiu-se o seguinte ciclo para cada funcionalidade: prototipagem, testes com os utilizadores e correções dos erros detetados nos testes.

A framework for learning in humanoid simulated robots

One of the most important characteristics of intelligent activity is the ability to change behaviour according to many forms of feedback. Through learning an agent can interact with its environment to improve its performance over time. However, most of the techniques known that involves learning are time expensive, i.e., once the agent is supposed to learn over time by experimentation, the task has to be executed many times. Hence, high fidelity simulators can save a lot of time. In this context, this paper describes the framework designed to allow a team of real RoboNova-I humanoids robots to be simulated under USARSim environment. Details about the complete process of modeling and programming the robot are given, as well as the learning methodology proposed to improve robot's performance. Due to the use of a high fidelity model, the learning algorithms can be widely explored in simulation before adapted to real robots. © 2008 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

TORP: An open standard framework for humanoid robots

Humanoid robots are an extremely complex interdisciplinary research field. Particularly, the development of high size humanoid robots usually requires joint efforts and skills from groups that are in many different research centers around the world. However, there are serious constraints in this kind of collaborative development. Some efforts have been made in order to propose new software frameworks that can allow distributed development with also some degree of hardware abstraction, allowing software reuse in successive projects. However, computation represents only one of the dimensions in robotics tasks, and the need for reuse and exchange of full robot modules between groups are growing. Large advances could be reached if physical parts of a robot could be reused in a different robot constructed with other technologies by other researcher or group. This paper proposes a new robot framework, from now on called TORP (The Open Robot Project), that aims to provide a standard architecture in all dimensions (electrical, mechanical and computational) for this collaborative development. This methodology also represents an open project that is fully shared. In this paper, the first robot constructed following the TORP specification set is presented as well as the advances proposed for its improvement. © 2010 IEEE.

Gesture-based teleoperation using a holonomic robot

This work presents the development and integration of an user interface (UI) framework based on various current input devices that take advantage of our ergonomics. The purpose is to teleoperate a holonomic robot using upper member gestures and postures for studying the suitable of such interfaces when programming and interacting with a mobile robot. As performance vary from UI to UI the framework is focused to be used as a complementary industrial or didactic tool thus, changing how inexperience users tackle their first impressions when working with mobile robots while performing simple gesture-based teleoperation tasks. © 2012 ICROS.

Unidad inalámbrica de programación para robots educativos con dispositivos móviles

[ES]El objetivo de este Proyecto Fin de Carrera es diseñar una herramienta software que nos permita controlar de forma inalámbrica un brazo robótico. ésto se ha desarrollado para poder acercar el mundo de la robótica a aquellas personas ajenas a ello, además de dotar de un sistema de control para el día de mañana, evitando problemas de software caduco y antiguo. Para la realización de este proyecto se ha implementado una aplicación Android que permitirá al usuario realizar las acciones de las que dota una paleta estándar de brazo robótico. Además se ha desarrollado una rutina de control de flujo para Arduino, que enlace la tableta con el robot.

On the Design of a Boolean-network Robot Swarm: Collective Recognition of Ground Patterns.

Uno dei principali ambiti di ricerca dell’intelligenza artificiale concerne la realizzazione di agenti (in particolare, robot) in grado di aiutare o sostituire l’uomo nell’esecuzione di determinate attività. A tal fine, è possibile procedere seguendo due diversi metodi di progettazione: la progettazione manuale e la progettazione automatica. Quest’ultima può essere preferita alla prima nei contesti in cui occorra tenere in considerazione requisiti quali flessibilità e adattamento, spesso essenziali per lo svolgimento di compiti non banali in contesti reali. La progettazione automatica prende in considerazione un modello col quale rappresentare il comportamento dell’agente e una tecnica di ricerca (oppure di apprendimento) che iterativamente modifica il modello al fine di renderlo il più adatto possibile al compito in esame. In questo lavoro, il modello utilizzato per la rappresentazione del comportamento del robot è una rete booleana (Boolean network o Kauffman network). La scelta di tale modello deriva dal fatto che possiede una semplice struttura che rende agevolmente studiabili le dinamiche tuttavia complesse che si manifestano al suo interno. Inoltre, la letteratura recente mostra che i modelli a rete, quali ad esempio le reti neuronali artificiali, si sono dimostrati efficaci nella programmazione di robot. La metodologia per l’evoluzione di tale modello riguarda l’uso di tecniche di ricerca meta-euristiche in grado di trovare buone soluzioni in tempi contenuti, nonostante i grandi spazi di ricerca. Lavori precedenti hanno gia dimostrato l’applicabilità e investigato la metodologia su un singolo robot. Lo scopo di questo lavoro è quello di fornire prova di principio relativa a un insieme di robot, aprendo nuove strade per la progettazione in swarm robotics. In questo scenario, semplici agenti autonomi, interagendo fra loro, portano all’emergere di un comportamento coordinato adempiendo a task impossibili per la singola unità. Questo lavoro fornisce utili ed interessanti opportunità anche per lo studio delle interazioni fra reti booleane. Infatti, ogni robot è controllato da una rete booleana che determina l’output in funzione della propria configurazione interna ma anche dagli input ricevuti dai robot vicini. In questo lavoro definiamo un task in cui lo swarm deve discriminare due diversi pattern sul pavimento dell’arena utilizzando solo informazioni scambiate localmente. Dopo una prima serie di esperimenti preliminari che hanno permesso di identificare i parametri e il migliore algoritmo di ricerca, abbiamo semplificato l’istanza del problema per meglio investigare i criteri che possono influire sulle prestazioni. E’ stata così identificata una particolare combinazione di informazione che, scambiata localmente fra robot, porta al miglioramento delle prestazioni. L’ipotesi è stata confermata applicando successivamente questo risultato ad un’istanza più difficile del problema. Il lavoro si conclude suggerendo nuovi strumenti per lo studio dei fenomeni emergenti in contesti in cui le reti booleane interagiscono fra loro.

Towards model driven software development for Arduino platforms: a DSL and automatic code generation

La tesi ha lo scopo di esplorare la produzione di sistemi software per Embedded Systems mediante l'utilizzo di tecniche relative al mondo del Model Driven Software Development. La fase più importante dello sviluppo sarà la definizione di un Meta-Modello che caratterizza i concetti fondamentali relativi agli embedded systems. Tale modello cercherà di astrarre dalla particolare piattaforma utilizzata ed individuare quali astrazioni caratterizzano il mondo degli embedded systems in generale. Tale meta-modello sarà quindi di tipo platform-independent. Per la generazione automatica di codice è stata adottata una piattaforma di riferimento, cioè Arduino. Arduino è un sistema embedded che si sta sempre più affermando perché coniuga un buon livello di performance ed un prezzo relativamente basso. Tale piattaforma permette lo sviluppo di sistemi special purpose che utilizzano sensori ed attuatori di vario genere, facilmente connessi ai pin messi a disposizione. Il meta-modello definito è un'istanza del meta-metamodello MOF, definito formalmente dall'organizzazione OMG. Questo permette allo sviluppatore di pensare ad un sistema sotto forma di modello, istanza del meta-modello definito. Un meta-modello può essere considerato anche come la sintassi astratta di un linguaggio, quindi può essere definito da un insieme di regole EBNF. La tecnologia utilizzata per la definizione del meta-modello è stata Xtext: un framework che permette la scrittura di regole EBNF e che genera automaticamente il modello Ecore associato al meta-modello definito. Ecore è l'implementazione di EMOF in ambiente Eclipse. Xtext genera inoltre dei plugin che permettono di avere un editor guidato dalla sintassi, definita nel meta-modello. La generazione automatica di codice è stata realizzata usando il linguaggio Xtend2. Tale linguaggio permette di esplorare l'Abstract Syntax Tree generato dalla traduzione del modello in Ecore e di generare tutti i file di codice necessari. Il codice generato fornisce praticamente tutta la schematic part dell'applicazione, mentre lascia all'application designer lo sviluppo della business logic. Dopo la definizione del meta-modello di un sistema embedded, il livello di astrazione è stato spostato più in alto, andando verso la definizione della parte di meta-modello relativa all'interazione di un sistema embedded con altri sistemi. Ci si è quindi spostati verso un ottica di Sistema, inteso come insieme di sistemi concentrati che interagiscono. Tale difinizione viene fatta dal punto di vista del sistema concentrato di cui si sta definendo il modello. Nella tesi viene inoltre introdotto un caso di studio che, anche se abbastanza semplice, fornisce un esempio ed un tutorial allo sviluppo di applicazioni mediante l'uso del meta-modello. Ci permette inoltre di notare come il compito dell'application designer diventi piuttosto semplice ed immediato, sempre se basato su una buona analisi del problema. I risultati ottenuti sono stati di buona qualità ed il meta-modello viene tradotto in codice che funziona correttamente.

Progettazione e implementazione di applicazioni context-aware su dispositivi mobili

Il progetto descritto in questo documento consiste fondamentalmente nell'integrazione di applicazioni context-aware su dispositivi mobili con reti di sensori e nello studio delle problematiche derivanti, vantaggi e potenziali utilizzi. La rete è stata costruita sfruttando l'insieme di protocolli per comunicazioni via radio Zigbee, particolarmente adatti per interazione tra dispositivi a basso consumo energetico e che necessitano di uno scarso tasso di trasferimento di dati. Le informazioni ottenute da sensori di varia natura sono processate da microcontrollori Arduino, scelti per la loro versatilità di utilizzo e design open source. Uno o più dispositivi sono designati per aggregare i dati rilevati dai singoli nodi in un unico pacchetto di informazioni, semanticamente correlate tra loro, quindi emetterle in broadcast su una diversa interfaccia di rete, in modo che diverse applicazioni esterne in ascolto possano riceverle e manipolarle. Viene utilizzato un protocollo specifico per la comunicazione tra i microcontrollori e le applicazioni che si interfacciano con la rete, costruito su misura per dispositivi con risorse limitate. L'applicazione context-aware che interagisce con la rete è stata sviluppata su piattaforma Android, la cui particolare flessibilità favorisce una migliore capacità di gestire i dati ottenuti. Questa applicazione è in grado di comunicare con la rete, manipolare i dati ricevuti ed eventualmente intraprendere azioni specifiche in totale indipendenza dal suo utilizzatore. Obiettivo del progetto è quello di costruire un meccanismo di interazione tra le tecnologie più adattivo e funzionale possibile.

Framework mobile per lo sviluppo di sistemi coordinati

Il campo della coordinazione può beneficiare di nuovi strumenti e tecnologie per il proprio sviluppo o per rendere accessibili le sue funzionalità ad un pubblico più vasto. Il progetto TuCSoN, in particolare, include lo strumento Inspector tramite il quale è possibile monitorare ed interagire con l'intero spazio di coordinazione. Al fine di rendere disponibili queste funzionalità anche al mondo mobile è necessario eseguire il porting dell'applicazione. In questa tesi, perciò, verranno prima di tutto analizzate le caratteristiche principali dei modelli di coordinazione e, in particolare, del modello TuCSoN. In seguito eseguiremo un'introduzione sulla tecnologia Android, che ci fornirà gli strumenti necessari per la creazione di un framework mobile equivalente all'Inspector. Infine verranno affrontate le problematiche principali per eseguire con successo il porting, come ad esempio la necessità di ridefinire l'intera interfaccia grafica o l'utilizzo di nuovi componenti quali i service e le activity. Questa operazione, quindi, dimostrerà l'esigenza di adattare l'Inspector ai meccanismi appartenenti al nuovo ambiente di esecuzione.

Progettazione e implementazione di una rete di sensori mobili Arduino per scenari di Disaster Recovery

Sommario Il progetto descritto in questo documento consiste nella realizzazione di una prima applicazione pratica di uno specifico studio di ricerca rivolto al ripristino di reti wireless in scenari post-calamità naturali. In principio è stata descritta un’ampia analisi delle problematiche di rete che si vengono a creare in seguito ad eventi catastrofici. Successivamente, analizzando le varie tecniche e tecnologie oggetto di studio di diversi gruppi di ricerca, si è scelto di collaborare con il progetto STEM-Mesh, essendo ancora in fase sperimentale, il quale affronta il problema di ristabilire la connettività di rete in questi particolari scenari, attraverso l’utilizzo di tecnologie Cognitive Radio (CR), mobilità controllata e principi di reti auto-organizzanti. Di questo primo approccio pratico sono state poi descritte le fasi di progettazione, implementazione e testing. Nella fase di progettazione sono state studiate le componenti hardware e software che rispettassero il più possibile i requisiti e le caratteristiche dei dispositivi “staminali” STEM-Node cuore del progetto STEM-Mesh, ovvero dei dispositivi wireless altamente auto-riconfiguranti ed auto-organizzanti che possono diventare dispositivi sostituivi ai nodi compromessi in una rete, riconfigurandosi appunto in base alle funzionalità interrotte. Nella fase di implementazione si è passati alla stesura del codice, in Python e Wiring, abilitante il dispositivo STEM-Node. Infine nella fase di testing si è verificato che i risultati fossero quelli desiderati e che il sistema realizzato funzionasse come previsto.

Robotic patrolling: analisi di strategie e applicazione ad uno scenario

Introduzione alle strategie di robotic patrolling e analisi delle stesse. Applicazione ad uno scenario di una strategia e realizzazione di un robot patroller.