Abordagem evolucionária com idades para construção de conhecimento aplicado à robótica móvel

• Autor(a) principal: Schneider, Andre Marcelo
• Data de Publicação: 2006
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/8511
• topic: Robótica; Inteligência artificial; Algoritmos genéticos; Sistemas evolutivos; Artificial Intelligence; Robotics; Evolutionary Computation; Evolutionary Robotics

Este trabalho apresenta e discute uma proposta de estratégia inédita para o problema de aprendizado de regras através de Sistemas Classificadores, aplicado à robótica móvel, utilizando um robô NOMAD 200. Esta estratégia tem como base, teorias de Algoritmos Genéticos e de Sistemas Classificadores, que são os paradigmas constituintes do núcleo da arquitetura implementada para o controle do robô. O aspecto diferencial desta abordagem é a inspiração em Algoritmos Genéticos com Idades, para permitir o uso e controle de uma população de tamanho variável. O sistema foi modelado observando-se características físicas do robô NOMAD 200 e sendo constituído por módulos de gerenciamento de memória, reprodução, controle da população e execução. A memória se apresenta como uma base de regras de produção; o módulo de reprodução incorpora um AG tradicional, com operadores de seleção, cruzamento e mutação; o controle populacional permite o uso de população de tamanho variável, através do de índices de usabilidade e similaridade das regras com as situações confrontadas pelo robô; por fim, o módulo de execução é responsável pela interação do robô com o ambiente, realizando leitura dos sensores e ações pelos atuadores e, quando necessário, ativar funções de segurança para preservar a integridade física do robô. Para dar sustentabilidade à proposta, esta foi validada através de vários experimentos, realizados em ambientes simulados e em um ambiente real, com um robô NOMAD 200, em diferentes cenários. Os ambientes testados variam desde ambientes esparsos até labirintos com obstáculos e paredes ortogonais entre si. Para cada experimento são apresentados os resultados e respectiva análise de dados. Foram realizadas análises criteriosas no comportamento da população, observando seu crescimento e idade média, bem como os eventos ocorridos no processo de aprendizado, para certificar as características a que se propõe esta abordagem. A principal contribuição deste trabalho é o uso da "IDADE" e II"CSABILIDADE" em um sistema baseado em SC. A usabilidade substitui o atributo de energia e respectivos cálculos do SC tradicional, no processo de escolha das regras, simplificando a implementação. Além disso, pode ser utilizado como índice de ajuste, para que possam ser usadas técnicas convencionais de seleção. A idade é responsável por preservar ou eliminar os indivíduos da população, através de estratégias de penalização e recompensa, possibilitando manter uma população de regras de tamanho variável, permitindo, ainda, manter a diversidade genética na população e evitar a sua homogenização, bem como isentar o modelador do sistema da definição destes parâmetros.