Hierarchical evolution of robotic controllers for complex tasks

• Main Author: Duarte, Miguel António Frade
• Publication Date: 2012
• Format: Master thesis
• Language: eng
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10071/8264
• topic: Robótica evolucionária; Redes neuronais -- Neural networks; Hierarquia; Controladores robóticos; Evolutionary robotics; Hierarchy; Robotic controllers

A robótica evolucionária é uma metodologia que permite que robôs aprendam a efetuar uma tarefa através da afinação automática dos seus “cérebros” (controladores). Apesar do processo evolutivo ser das formas de aprendizagem mais radicais e abertas, a sua aplicação a tarefas de maior complexidade comportamental não é fácil. Visto que os controladores são habitualmente evoluídos através de simulação computacional, é incontornável que existam diferenças entre os sensores e atuadores reais e as suas versões simuladas. Estas diferenças impedem que os controladores evoluídos alcancem um desempenho em robôs reais equivalente ao da simulação. Nesta dissertação propomos uma abordagem para ultrapassar tanto o problema da complexidade comportamental como o problema da transferência para a realidade. Mostramos como um controlador pode ser evoluído para uma tarefa complexa através da evolução hierárquica de comportamentos. Experimentamos também combinar técnicas evolucionárias com comportamentos pré-programados. Demonstramos a nossa abordagem numa tarefa em que um robô tem que encontrar e salvar um colega. O robô começa numa sala com obstáculos e o colega está localizado num labirinto ligado à sala. Dividimos a tarefa de salvamento em diferentes sub-tarefas, evoluímos controladores para cada sub-tarefa, e combinamos os controladores resultantes através de evoluções adicionais. Testamos os controladores em simulação e comparamos o desempenho num robô real. O controlador alcançou uma taxa de sucesso superior a 90% tanto na simulação como na realidade. As contribuições principais do nosso estudo são a introdução de uma metodologia inovadora para a evolução de controladores para tarefas complexas, bem como a sua demonstração num robô real.