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Motor Schemas
Luís Paulo, n.º 29071
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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
∑
•Vector tem dois componentes:•Orientação;
•Magnitude.
Definem como o robot se deve movimentar em resposta a um estímulo recebido.
Robot
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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