Motor Schemas Luís Paulo, n.º 29071

1 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.

2 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.

3 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.

4 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.

5 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

6 Avoid-static-obstacle

7 Move-ahead

8 Move-to-goal

9 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.

10 Exemplo (I)

11 Exemplo (II)

12 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.

13 Exemplo (III)

14 Exemplo com ruído

15 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;

16 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.

17 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;

18 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.

19 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.

20 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.

21 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.

22 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.

23 Leader-referenced

24 Leader-referenced

25 Leader-referenced

26 Leader-referenced

27 Leader-referenced vs unit-center-referenced