Motor Schemas. Um pouco de história. Método do Teorema de Esquemas: Teoria de Esquemas Neurofisiológicos:

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1 Motor Schemas Luís Paulo, n.º 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. 1 1

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. 2 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. 3 2

3 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. 4 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. 5 3

4 Avoid-static-obstacle 6 Move-ahead 7 4

5 Move-to-goal 8 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. 9 5

6 Exemplo (I) 10 Exemplo (II) 11 6

7 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. 12 Exemplo (III) 13 7

8 Exemplo com ruído 14 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; 15 8

9 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. 16 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; 17 9

10 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. 18 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

11 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. 20 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

12 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. 22 Leader-referenced 23 12

13 Leader-referenced 24 Leader-referenced 25 13

14 Leader-referenced 26 Leader-referenced vs unit-center-referenced 27 14