[論文レビュー] cc-Golog: Towards More Realistic Logic-Based Robot Controllers

Henrik Großkreutz, Gerhard Lakemeyer|ArXiv.org|Mar 8, 2000

Logic, Reasoning, and Knowledge参考文献 23被引用数 30

ひとこと要約

本稿では、状況計算を拡張して連続的変化とイベント駆動型アクションをサポートする論理ベースのロボット制御言語cc-Gologを提案する。新たな'waitFor'原始を導入することで、決定的変種のConGologに統合し、自然で意味論的に根拠のあるロボット行動の計画と予測を可能にする。rplのxfrm予測システムと比較して10倍の高速化を達成するとともに、不要な条件チェックを回避することで予測イベント数を削減した。

ABSTRACT

High-level robot controllers in realistic domains typically deal with processes which operate concurrently, change the world continuously, and where the execution of actions is event-driven as in ``charge the batteries as soon as the voltage level is low''. While non-logic-based robot control languages are well suited to express such scenarios, they fare poorly when it comes to projecting, in a conspicuous way, how the world evolves when actions are executed. On the other hand, a logic-based control language like \congolog, based on the situation calculus, is well-suited for the latter. However, it has problems expressing event-driven behavior. In this paper, we show how these problems can be overcome by first extending the situation calculus to support continuous change and event-driven behavior and then presenting \ccgolog, a variant of \congolog which is based on the extended situation calculus. One benefit of \ccgolog is that it narrows the gap in expressiveness compared to non-logic-based control languages while preserving a semantically well-founded projection mechanism.

研究の動機と目的

• rplのような非論理的ロボット制御言語が手続き的実行メカニズムに依存している一方で、形式的意味論と予測サポートに欠けるという問題に対処すること。
• ConGologの制限、すなわちアクションの実行タイミングが明示的に指定されておらず、世界の状態に依存するという点を克服すること。
• 連続的変化とイベント駆動型実行を論理ベースの枠組みに統合し、整合的で宣言的意味論を提供すること。
• 現実時間的、並列的、中断可能な行動を反映する正確で論理的根拠を持つロボット計画の予測を可能にすること。
• 表現力の高いロボットコントローラー仕様と、効率的で信頼性の高い計画解析を両立するシステムの開発

提案手法

• Pintoのフレームワークを用いて状況計算を拡張し、フラuentが時間とともに変化することをモデル化する。
• イベント駆動型行動を表す特別な'waitFor'アクションを導入し、条件が真になるまで実行が一時停止されることを保証する。
• 拡張された状況計算に基づく決定的変種としてcc-Gologを設計し、並列実行と優先度ベースの実行をサポートする。
• 並列プログラムの文脈における'waitFor'アクションの意味論を形式化し、高優先度のインテリプリトがブロッキングされないことを保証する。
• 手続き的インタプリターやランタイムヒューリスティクスに依存しない、論理に根ざした予測メカニズムを実装する。
• 将来の実行における論理的予測とリアルタイムセンサーフィードバックを結びつけるため、段階的解釈技術を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バッテリー電圧が低下したときに充電を開始するといった、イベント駆動型ロボット行動を、論理ベースの計画枠組み内で形式的に表現できるか？
• RQ2 バッテリー残量などの世界フラuentの連続的変化を、論理的取り扱いの容易さを損なわずに状況計算に統合できるか？
• RQ3 非論理的言語（rplなど）が持つ表現力と同等のものを維持しつつ、整合的で宣言的意味論に基づく計画予測を可能にする論理ベースのコントローラーは実現可能か？
• RQ4 手続き的インタプリター（rplのxfrmなど）と比較して、論理的根拠に基づく予測メカニズムが性能に与える影響は何か？
• RQ5 waitForアクションと並列で実行される高優先度プロセスとの相互作用を、正しい動作を保証するように形式的にモデル化できるか？

主な発見

• cc-Gologはrplのxfrmと比較して計画予測で10倍の高速化を達成し、導入例では0.4秒（xfrmは3.6秒）を記録した。
• cc-Gologでは、'reschedule'チェックのような非アクションイベントの予測を回避するため、予測イベント数がxfrmよりも著しく低減した。
• cc-Gologの予測メカニズムは、xfrmがrplインタプリタの手続き的意味論に依存するのとは異なり、形式的で宣言的論理に基づいている。
• バッテリー充電をメール配達中に実行するといった、並列的かつ中断可能な行動が、事前にアクションタイミングを指定する必要なく自然に表現できる。
• 実験結果から、cc-Gologの実装はxfrmよりも効率的かつ正確であり、長距離軌道の処理では3秒（xfrmは22.7秒）を記録した。
• 本アプローチにより、意味論的に整合性のあるフレームワーク内でイベント駆動型アクションと連続的フラuentを正しく扱えるようになり、非論理的制御言語とのギャップが縮小された。