[논문 리뷰] cc-Golog: Towards More Realistic Logic-Based Robot Controllers

Henrik Großkreutz, Gerhard Lakemeyer|ArXiv.org|2000. 03. 08.

Logic, Reasoning, and Knowledge참고 문헌 23인용 수 30

한 줄 요약

이 논문은 상황계산을 연속적 변화와 이벤트 기반 동작을 지원하도록 확장하여, 새로운 'waitFor' 원시 명령을 통해 연속적 변화와 이벤트 기반 동작을 지원하는 논리 기반 로봇 제어 언어 cc-Golog을 제안한다. 결정론적 ConGolog의 변종인 cc-Golog에 이를 통합함으로써 자연스럽고 의미론적으로 타당한 로봇 행동 계획 및 예측이 가능해지며, rpl의 xfrm 예측 시스템보다 10배 빠른 성능을 보이며 불필요한 조건 검사로 인한 예측 이벤트 수를 줄인다.

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.

연구 동기 및 목표

• rpl과 같은 비논리적 로봇 제어 언어가 절차적 실행 메커니즘에 의존함에도 불구하고 공식적인 의미론과 예측 지원이 부족한 문제를 해결하기 위해.
• 행동 실행 시점이 명시적으로 지정되지 않고 세계 조건에 의존하는 ConGolog의 이벤트 기반 행동 표현 능력에 한계가 있다는 문제를 해결하기 위해.
• 연속적 변화와 이벤트 기반 실행을 논리 기반 프레임워크에 통합하여 체계적이고 타당한 의미론을 제공하기 위해.
• 실시간, 동시성 및 취소 가능한 행동을 반영하는 정확하고 논리적으로 타당한 로봇 계획 예측을 가능하게 하기 위해.
• 표현력 있는 로봇 컨트롤러 사양과 효율적이고 신뢰할 수 있는 계획 분석을 모두 지원하는 시스템을 개발하기 위해.

제안 방법

• Pinto의 프레임워크를 이용해 상황계산을 확장하여 연속적 변화를 모델링하고, 플루언트가 시간에 따라 변화하도록 허용한다.
• 이벤트 기반 행동을 표현하기 위해 특수한 'waitFor' 동작을 도입하며, 조건이 참이 될 때까지 실행이 일시 정지된다.
• 확장된 상황계산 기반으로 동시성과 우선순위 기반 실행을 지원하는 결정론적 ConGolog의 변종인 cc-Golog을 설계한다.
• 동시 프로그램 환경에서 waitFor 동작의 의미론을 정식으로 정의하여 고우선순위 인터럽트에 대해 차단되지 않는 동작을 보장한다.
• 절차적 인터프리터나 런타임 히우리스틱에 의존하지 않는 논리 기반 예측 메커니즘을 구현한다.
• 미래 실행에서 논리적 예측을 실시간 센서 피드백과 연결하기 위해 점진적 해석 기법을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전압이 떨어질 때 배터리 충전과 같은 이벤트 기반 로봇 행동이 논리 기반 계획 프레임워크 내에서 공식적으로 표현될 수 있는가?
• RQ2 배터리 수준 같은 세계 플루언트의 연속적 변화가 논리적 처리 가능성 손실 없이 상황계산에 통합될 수 있는가?
• RQ3 논리 기반 컨트롤러가 rpl와 같은 비논리적 언어의 표현력을 유지하면서도 타당하고 기술적인 계획 예측을 가능하게 할 수 있는가?
• RQ4 절차적 인터프리터인 rpl의 xfrm과 비교해 논리적으로 타당한 예측 메커니즘을 사용할 경우 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 waitFor 동작과 동시적으로 실행되는 고우선순위 프로세스 간의 상호작용을 어떻게 공식적으로 모델링하여 정확한 동작을 보장할 수 있는가?

주요 결과

• cc-Golog는 rpl의 xfrm에 비해 계획 예측 속도가 10배 빠르며, 간단한 예제에서 0.4초로 측정되었고, xfrm은 3.6초였다.
• cc-Golog에서 예측되는 이벤트 수는 xfrm보다 현저히 낮으며, '재스케줄링' 검사와 같은 비행동작 이벤트의 예측을 방지함으로써 이를 달성한다.
• cc-Golog의 예측 메커니즘은 xfrm이 rpl 인터프리터의 절차적 의미론에 의존하는 것과 달리, 공식적이고 기술적인 논리 기반이다.
• 행동 실행 시점이 사전에 지정되지 않더라도도 배터리 충전과 우편 배달 중 병행 실행이 가능한 인터럽트 가능한 행동을 자연스럽게 표현할 수 있다.
• 실험 결과, cc-Golog의 구현은 효율적이고 정밀하여 장거리 경로에 대해 3초, xfrm은 22.7초가 소요되었다.
• 이 방법은 의미론적으로 타당한 프레임워크 내에서 이벤트 기반 동작과 연속적 플루언트를 정확히 처리할 수 있게 하여, 비논리적 제어 언어와의 격차를 좁혔다.