Housekeeping with multiple autonomous robots: Representation, reasoning, and execution

Abstract

Sabit ve hareket edebilir eşyaların yer aldığı bir evi, belirli bir süreiçerisinde, birden fazla robotun işbirliğiyle derli toplu hale getirmeninhedeflendiği bir ev idaresi ortamını ele alıyoruz. Söz konusu ortam şuzorlukları barındırmaktadır: robotların akıllıca davranabilmesi için sağduyusalbilgiye (örn. ev içindeki eşyaların bulunmaları gereken yerler) sahip olmalarıgerekmektedir; uygulanabilir planların elde edilebilmesi için (örn.çarpışmalardan sakınmak amacıyla) geometrik kısıtlar kullanılmalıdır; planicrası sırasında hataların gerçekleşmesi durumunda (örn. varlığı ya da yeribilinmeyen bir eşya ile çarpışılması, ya da ağır bir eşyanın tek bir robottarafından kaldırılamaması sonucu) sorunun turu göz önüne alınarak hata telafiedimelidir; bazı görevlerin yerine getirilebilmesi için (örn. ağır bir eşyanıntaşınması) robotların işbirliğinde bulunması gerekmektedir. Bu zorlukların üstesinden gelmek amacıyla, karar verme sürecinin her seviyesine(kesikli görev planlama, sürekli hareket planlama ve plan icrası dahil olmaküzere) bu seviyeleri sıkıca bütünleştirecek bir şekilde bilgi gösterimi veotomatik akıl yürütmenin gömüldüğü bir biçimsel planlama, icra ve denetlemesistemini öne sürüyoruz. Üst seviyede, eylemler ve değişimlerin yanı sıra,sağduyusal bilgiyi de mantık tabanlı biçimselcilikler yoluyla betimliyoruz.Geometrik akıl yürütmeyi, hareket planlamayı ortam gösterimine gömerek üstseviyeye çekiyoruz. Sonrasında otomatik akıl yürütücüler yardımıyla her birrobot için kesikli planlar hesaplıyoruz. Orta seviyede, kesikli planın sürekliseviyede uygulanabilir olmamasından dolayı hareket planlayıcının sürekli birgezinge bulamaması durumunda, bazı (zamansal) koşulları otomatik akılyürütücülere formüller vasıtasıyla sunarak farklı planlar hesaplıyoruz. Altseviyede, plan icrasında hata olması durumda, orta seviyedeki hareketplanlayıcıya yeni bir sürekli gezinge hesaplatıyor, ya da üst seviyedekiotomatik akıl yürütücüyü kullanarak yeni bir kesikli plan buluyoruz. Bubiçimsel sistemin uygulanabilirliğini simülasyon aracılığıyla gösteriyoruz.

We consider a housekeeping domain with static or movable objects, where thegoal is for multiple autonomous robots to tidy a house collaboratively in agiven amount of time. This domain is challenging in the following ways:commonsense knowledge (e.g., expected locations of objects in the house) isrequired for intelligent behavior of robots; geometric constraints are requiredto find feasible plans (e.g., to avoid collisions); in case of plan failurewhile execution (e.g., due to a collision with movable objects whose presenceand location are not known in advance or due to heavy objects that cannot belifted by a single robot), recovery is required depending on the cause offailure; and collaboration of robots is required to complete some tasks (e.g.,carrying heavy objects). We introduce a formal planning, execution andmonitoring framework to address the challenges of this domain, by embeddingknowledge representation and automated reasoning in each level ofdecision-making (that consists of discrete task planning, continuous motionplanning, and plan execution), in such a way as to tightly integrate theselevels. At the high-level, we represent not only actions and change but alsocommonsense knowledge in a logic-based formalism. Geometric reasoning is liftedto the high-level by embedding motion planning in the domain description. Thena discrete plan is computed for each robot using an automated reasoner. At themid-level, if a continuous trajectory cannot be computed by a motion plannerbecause the discrete plan is not feasible at the continuous-level, then adifferent plan is computed by the automated reasoner subject to some (temporal)conditions represented as formulas. At the low-level, if the plan executionfails, then a new continuous trajectory is computed by a motion planner at themid-level or a new discrete plan is computed using an automated reasoner at thehigh-level. We illustrate the applicability of this formal framework with asimulation of a housekeeping domain.