Perception as stochastic grammar-based sampling on dynamic grahp spaces

Abstract

Esta tesis estudia y desarrolla técnicas novedosas que permiten a los robots percibir apropiadamente el entorno de forma autónoma. Para conseguir esto es posible y conveniente usar la información del entorno de la que se disponga. Generalmente, dicha información queda plasmada en el código del robot como construcciones if-then-else difíciles de entender cuando el mundo del robot es considerablemente complejo.

Se propone el uso de “Active Grammar-based Modeling” (AGM), una técnica desarrollada dentro de la tesis, que usa descripciones de muy alto nivel que permiten al desarrollador obtener más flexibilidad y escalabilidad, así como reducir el tiempo de desarrollo y la cantidad de errores que se cometen al programar los robots. La solución propuesta pasa por describir la gramática del entorno en un lenguaje específico de dominio que posteriormente se traduce a PDDL, permitiendo usar así planificadores de Inteligencia Artificial clásicos para decidir qué ha de hacer el robot para cumplir sus objetivos y comprobar que las modificaciones que el robot hace al modelo del entorno son válidas de acuerdo a la gramática.

Además, AGM permite coordinar fácilmente diferentes filtros de partículas para su ejecución simultánea, pudiendo además elegir distintos filtros de partículas dependiendo del contexto en el que el robot se encuentre, optimizando así el sistema perceptivo de los robots.

Además de dicha técnica la tesis presenta diferentes algoritmos usados dentro de AGM, así como varios experimentos relacionados con el modelado activo de entornos de interior usando cámaras RGBD.

This thesis develops and studies novel techniques that allow robots to properly model their environments autonomously. For this purpose it is possible and feasible to use all the available information that robots can use. Generally this information results in if-then-else constructs that are hard to understand then the environments of the robots are considerably complex.

It is proposed to use “Active Grammar-based Modeling” (AGM), a new technique developed within this thesis. It uses very high-level descriptions that allow developers to achieve higher flexibility and scalability, as well as reducing the development time and the amount of programming errors. The solution consists on describing the grammar of the environment using a domain-specific language that is compiled into PDDL, allowing AGM-based systems to use classic AI planners to decide what robots should do to achieve their goales and incrementally verify that the model generated is valid according to the grammar described.

Moreover, AGM can coordinate different particle filters so they can work simultaneously, allowing to choose the most appropriate filters depending on the context. This enhances the accuracy and effectivenes of the perceptual systems of the robots

Along AGM, this thesis also presents the different algorithms used by AGM, as well as different experiment related to active indoor modeling using RGBD cameras.