Motor Schemas

Luís Paulo, n.º 29071

2

Um pouco de história

• Método do Teorema de Esquemas:– Século XVIII;– Immanuel Kant;– Modelo filosófico para a explicação de comportamentos;– A sua compreensão é usada para categorizar a percepção

sensorial.

• Teoria de Esquemas Neurofisiológicos:– Século XX;– Começaram por explicar mecanismos de controlo de postura

em humanos;– Piaget usou a teoria de esquemas como um mecanismo de

expressão de memória e aprendizagem.

3

Esquemas

• Várias definições;– Um padrão de acções bem como um padrão para acções;– Uma unidade fundamental que recebe informação especial,

antecipando um conteúdo perceptual, que a cruza com o conteúdo depois recebido.

• Esquema (definição):– Unidade básica de comportamento a partir da qual acções

complexas podem ser construídas.

• Teoria de Esquemas:– Consiste no conhecimento de como agir ou perceber;– Oferece em método de codificação de comportamento

robótico.

4

Esquemas Motores (1)

• Usam a teoria de esquemas;• Explicam o comportamento motor em termos de

controlo concorrente de várias actividades concorrentes;

• Armazenam tanto como reagir como a forma dessa reacção ser realizada;

• São modelos distribuídos de computação;• Disponibilizam uma linguagem para ligação da acção

com a percepção.

5

Esquemas Motores (2)

• O Método dos Esquemas Motores difere de todos os outros métodos nos seguintes aspectos:– Respostas comportamentais são todas representadas num

único formato uniforme: Vector;– A coordenação é conseguida através da soma de vectores;– Não há hierarquia pré-definida para a coordenação. Em vez

disso os comportamentos são configurados em tempo-real através das interacções, capacidades e do meio envolvente.

6

Comportamentos baseados em esquemas

Vector

∑

•Vector tem dois componentes:•Orientação;

•Magnitude.

Definem como o robot se deve movimentar em resposta a um estímulo recebido.

Robot

7

Avoid-static-obstacle

8

Move-ahead

9

Move-to-goal

10

Coordenação baseada em esquemas

• Como é que a coordenação é realizada usando os esquemas motores?– Soma de Vectores

• Todos os comportamentos activos contribuem para o movimento global do robot;

• Existe um vector ganho que determina a composição relativa de cada movimento;

• Cada vector resultante do esquema é multiplicado pelo seu valor ganho associado, e somado aos outros vectores;

• O resultado é um único vector global que define o movimento nas suas duas componentes.

11

Exemplo (I)

12

Exemplo (II)

13

Como construir um esquema?

1. Caracterizar o domínio do problema em termos de comportamentos motores necessários para concretizar a tarefa;

2. Decompor os comportamentos motores nos seus níveis primitivos, usando estudos biológicos;

3. Desenvolver fórmulas para expressar a reacção dos robots;

4. Determinar os requisitos de percepção necessários para satisfazer os inputs de cada esquema.

14

Exemplo (III)

15

Exemplo com ruído

16

Motor Schema-based formation control for multiagent teams

• Comportamentos reactivos que implementam grupos de robots;

• 4 tipos de formações baseadas em doutrinas militares;

• 3 métodos para determinar a posição correcta dos veículos (=robots);

• A performance é avaliada quantitativamente relativamente à navegação e à forma de ultrapassar um obstáculo;

17

Motor Schema-based formation control for multiagent teams

• Cada robot tem um identificador único;• A posição de cada robot num grupo depende do seu

ID;• OBJECTIVO: o grupo tem de se deslocar para um

determinado ponto atravessando obstáculos;

• Tal como os “boids” o comportamento depende de vários componentes:– Centro do grupo;– Ajuste da velocidade;– Colisão entre agentes.

18

Motor Schema-based formation control for multiagent teams

• Cada componente é calculado separadamente e depois combinado (através da soma de vectores falado anteriormente) de forma a resultar no movimento pretendido;

19

Motor Schema-based formation control for multiagent teams

• As formações em grupos têm um problema:– Manter uma geometria específica do grupo

• Forma de o contornar:– É dada a cada robot uma posição específica para manter

relativamente ao líder ou ao seu vizinho.

• Alguns autores afirmam que simples comportamentos, tais como a anulação, a agregação e a dispersão, podem ser combinados para criar um comportamento em grupo. Assim conclui-se que não é necessário haver uma geometria do grupo ou uma posição específica de cada elemento do grupo.

20

Motor Schema-based formation control for multiagent teams

• 4 formações possíveis:– Linha – lado a lado;– Coluna – um atrás do outro;– Diamante – como um diamante;– Canto – formando um ‘V’.

• Os comportamentos de cada robot são idênticos excepto os do robot 1 que adopta o comportamento de um líder;

• A finalidade de cada elemento do grupo é, simultaneamente, deslocar-se para o seu objectivo ultrapassando obstáculos, evitando colisões com os companheiros e manter a sua posição no grupo.

21

Motor Schema-based formation control for multiagent teams

• 4 esquemas motores pré-definidos usados:– Move-to-goal;– Avoid_static_obstacle;– Avoid_robot;– Maintain_formation.

• Cada esquema origina um vector (direcção e magnitude do movimento);

• Resultado dado pela soma dos 4 vectores;• É usado um valor ganho para indicar a importância

relativa de cada comportamento individual.

22

Motor Schema-based formation control for multiagent teams

• A gestão da formação do grupo é realizada por dois esquemas motores:– Detect_formation_position (determina a posição de cada

robot no grupo dada a geometria do grupo);– Maintain_formation (gera um vector do movimento dirigido

para a localização correcta).

• Estes dois esquemas são usados a cada instante, a cada movimento.

23

Motor Schema-based formation control for multiagent teams

• 3 técnicas para determinar a posição correcta de cada elemento segundo a geometria do grupo:– Unit-center-reference;– Leader-reference;– Neighbor-reference.

24

Leader-referenced

25

Leader-referenced

26

Leader-referenced

27

Leader-referenced

28

Leader-referenced vs unit-center-referenced