Motor Schemas
Luís Paulo, n.º 29071
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.
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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.
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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.
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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.
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Comportamentos baseados em esquemas
Vector
∑
Robot
•Vector tem dois componentes:
•Orientação;
•Magnitude.
Definem como o robot se deve movimentar em
resposta a um estímulo recebido.
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Avoid-static-obstacle
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Move-ahead
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Move-to-goal
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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.
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Exemplo (I)
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Exemplo (II)
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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.
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Exemplo (III)
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Exemplo com ruído
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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;
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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.
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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;
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Leader-referenced
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Leader-referenced
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Leader-referenced
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Leader-referenced
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Leader-referenced vs unit-center-referenced
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