中南大学：《人工智能》第八章 机器人规划

Artificial Intelligence 第八章机器人规划 8.1机器人规划的作用与任务 8.2积木机器的机景人规划 83 STRIPS规划糸统 84具有学习能力的规划条统 8.5基于专家糸统的机景人规划 8.6小结

第八章 机器人规划 8.1 机器人规划的作用与任务 8.2 积木机器的机器人规划 8.3 STRIPS规划系统 8.4 具有学习能力的规划系统 8.5 基于专家系统的机器人规划 8.6 小结

8.1机器人规划的作用与低务 8.1.1规划的作用与问题分解途径 ◇规划的概念及作用 C冷规划的概念C 规划是一种重要的问题求解技术 从某个特定的问题状态出发,寻求一糸列 行为动作,并建立一个操作序列,直到求 工作日规划 上午子规划 中午子规划 下午子规划J 去上班」圓读文[吃夹心面包阈国惘回 图8.1子规划的分层结构例子 2

2 8.1 机器人规划的作用与任务 8.1.1 规划的作用与问题分解途径 ❖规划的概念及作用 ❖规划的概念 规划是一种重要的问题求解技术，它 从某个特定的问题状态出发，寻求一系列 行为动作，并建立一个操作序列，直到求 得目标状态为止。 图8.1 子规划的分层结构例子 工 作 日 规 划 上午子规划 中午子规划 下午子规划 去上班 阅读文章 吃夹心面包 阅读 写作 回家

81自动规划的作用与任务 规划的作用 规划可用来监控问題求解过程,并能够在造成较 大的危害之前发现差错。规划的好处可归纳为简化 搜索、解决目标矛盾以及为差错补偿提供基础。 令问题分解途径及方法 把某些比较复杂的问题分解为一些比较小的子问 题。有两条能够实现这种分解的重要途径。 令第一条重要途径是当从一个问题状态移动到下一 个状态时,无需计算整个新的状态,而只要考虑 状态中可能变化了的那些部分。 令第二条重要途径是把单一的因难问题分割为几个 有希望的较为容易解决的子问題

3 ❖规划的作用 规划可用来监控问题求解过程，并能够在造成较 大的危害之前发现差错。规划的好处可归纳为简化 搜索、解决目标矛盾以及为差错补偿提供基础。 ❖问题分解途径及方法 把某些比较复杂的问题分解为一些比较小的子问 题。有两条能够实现这种分解的重要途径。 ❖第一条重要途径是当从一个问题状态移动到下一 个状态时，无需计算整个新的状态，而只要考虑 状态中可能变化了的那些部分。 ❖第二条重要途径是把单一的困难问题分割为几个 有希望的较为容易解决的子问题。 8.1自动规划的作用与任务

81自动规划的作用与任务 82机器人规划系统的任务与方法 令在规划糸统中,必须具有执行下列各项任务的方法: ◇根据最有效的启发信息,选择应用于下一步的最好规则。 令应用所选取的规则来计算由于应用该规则而生成的新状 ◇对所求得的解答进行检验。 令检验空端,以便舍弃宅们,使糸统的求解工作向看更有 效的方向进行。 冷检验殆正确的解答,并应用具体的技术使之完全正确

4 8.1.2 机器人规划系统的任务与方法 ❖ 在规划系统中，必须具有执行下列各项任务的方法： ❖根据最有效的启发信息，选择应用于下一步的最好规则。 ❖ 应用所选取的规则来计算由于应用该规则而生成的新状 态。 ❖ 对所求得的解答进行检验。 ❖ 检验空端，以便舍弃它们，使系统的求解工作向着更有 效的方向进行。 ❖ 检验殆正确的解答，并应用具体的技术使之完全正确。 8.1自动规划的作用与任务

82积木世界的机器人规划 821积木世界的机器人问题 积木世界由一些有标记 机械手 的立方形积木,互相堆 迭在一起构成;机器人 有个可移动的机械手, 它可以抓起和木块开移「B CA 动积木从一处至另一处

5 8.2 积木世界的机器人规划 8.2.1 积木世界的机器人问题 积木世界由一些有标记 的立方形积木，互相堆 迭在一起构成；机器人 有个可移动的机械手， 它可以抓起积木块并移 动积木从一处至另一处。 C B A 机械手

8.2积木世界的机器人规划 在这个例子中机器人能够执行的动作举例如下: ☆ unstack(ab):把堆放在积木b上的积木a拾起。在进行这 个动作之前,要求机器人的手为空手,而且积木a的顶上 是空的。 stack(ab):把积木a堆放在积木b上。动作之前要求机械 手必须已抓住积木a,而且积木b顶上必须是空的 ☆ pickup(a):从桌面上拾起积木a,并抓住它不放。在动 作之前要求机械手为空手,而且积木a顶上没有任何东西。 令 putdown(a):把积木a放置到桌面上。要求动作之前机械 手已抓住积木a

6 ❖ 在这个例子中机器人能够执行的动作举例如下： ❖ unstack(a,b)：把堆放在积木b上的积木a拾起。在进行这 个动作之前，要求机器人的手为空手，而且积木a的顶上 是空的。 ❖ stack(a,b)：把积木a堆放在积木b上。动作之前要求机械 手必须已抓住积木a，而且积木b顶上必须是空的。 ❖ pickup(a)：从桌面上拾起积木a，并抓住它不放。在动 作之前要求机械手为空手，而且积木a顶上没有任何东西。 ❖ putdown(a)：把积木a放置到桌面上。要求动作之前机械 手已抓住积木a。 8.2 积木世界的机器人规划

8.2积木世界的机器人规划 研究内容是综合机器人的动作序列,即在某个给定 初始情况下,经过某个动作序列而达到指定的目标。 机器人问题的状态描述和目标描述均可用谓词逻辑 公式构成: 令ON(a,b):积木a在积木b之上。 ( ONTABLE(a):积a在桌面上 ☆ CLEAR(a):积木a顶上没有任何东西。 今 HOLDING(a):机械手正抓住积木a HANDEMPTY:机械手为空手

7 研究内容是综合机器人的动作序列，即在某个给定 初始情况下，经过某个动作序列而达到指定的目标。 机器人问题的状态描述和目标描述均可用谓词逻辑 公式构成： ❖ ON(a,b)：积木a在积木b之上。 ❖ ONTABLE(a)：积木a在桌面上。 ❖ CLEAR(a)：积木a顶上没有任何东西。 ❖ HOLDING(a)：机械手正抓住积木a。 ❖ HANDEMPTY：机械手为空手。 8.2 积木世界的机器人规划

8.2积木世界的机器人规划 机械手 A机械手 B B (a)初始布局 (b)目标布局 图8.4积木世界的机器人问题 图84(a)所示为初始布局的机器人问题。 目标在于建立一个积木堆,其中,积木B堆在积木 C上面,积木A又堆在积末B上面,如图84)所示。 8

8 图8.4(a)所示为初始布局的机器人问题。 目标在于建立一个积木堆，其中，积木B堆在积木 C上面，积木 A又堆在积木B上面，如图8.4(b)所示。 C B A 机械手 A B C 机械手 （a）初始布局 （b）目标布局 图8.4 积木世界的机器人问题 8.2 积木世界的机器人规划

8.2积木世界的机器人规划 初始布局可由下列谓词公式的合取来表示 ☆ CLEAR(B):积木B顶部为空 ☆ CLEAR(C):积木C顶部为空 C心ON(C,A):积木C堆在积木A上 ☆ ONTABLE(A):积木A置于桌面上 ☆ ONTABLE(B):积木B置于桌面上 HANDEMPTY:机械手为空手

9 初始布局可由下列谓词公式的合取来表示： ❖CLEAR(B)：积木B顶部为空 ❖CLEAR(C)：积木C顶部为空 ❖ON(C，A)：积木C堆在积木A上 ❖ONTABLE(A)：积木A置于桌面上 ❖ONTABLE(B)：积木B置于桌面上 ❖HANDEMPTY：机械手为空手 8.2 积木世界的机器人规划

8.2积木世界的机器人规划 ■8.2.2用F规则求解规划序列 STRIPS规划糸统的规则由3部分组成: ☆第一部分是先决条件。 ☆第三部分是一个叫做删除表的谓词 ☆第三部分叫做添加表。 10

10 8.2.2 用F规则求解规划序列 STRIPS规划系统的规则由3部分组成： ❖ 第一部分是先决条件。 ❖第二部分是一个叫做删除表的谓词。 ❖第三部分叫做添加表。 8.2 积木世界的机器人规划