Modulated Modules: Designing Behaviors as Dynamical Systems

A recent development in behavior-oriented robotics is to view behaviors in an agent as coupled dynamical subsystems. When one designs such subsystems a di culty arises. The desired dynamics of the subsystem is likely to become qualitatively disrupted due to the superimposed dynamics of the behavior's interaction with other behaviors and the dynamics of sensor input. A mathematical technique is presented for making subsystems to some degree immune against such qualitative disruptions. By adding a suitable compensation term to the original ODE speci cation of the subsystem, the dynamics of its coupling variables lead to a benign modulation instead of a potential disruption. For the combined modulative e ects of shift, amplitude variation, and velocity variation, the compensation term is given in an explicit, ready-to-use form. This is a step toward a modular design of behavior systems from interacting subsystems. Zusammenfassung: Ein j ungerer Ansatz in der behavior-orientierten Robotik besteht darin, Behaviors in einem Agenten als gekoppelte dynamische Teilsysteme zu modellieren. Wenn man solche Teilsysteme im Zuge einer Roboterkonstruktion entwirft, entsteht die Schwierigkeit, da die beabsichtigte Dynamik des Teilsystems durch dessen Interaktion mit anderen Teilsystemen und mit sensorischem Input qualitativ ver andert wird. Die vorliegende Arbeit beschreibt, wie Behavior-Subsysteme bis zu einem gewissen Grad gegen solche qualitativen Ver anderungen immun gemacht werden k onnen. Durch die Hinzuf ugung eines geeigneten Kompensationsterms zu den urspr unglichen Systemgleichungen werden die Auswirkungen der Kopplungsdynamik auf Modulationen beschr ankt, die den qualitativen Typ des Systemverhaltens erhalten. F ur einige solcher Modulationen (Shift, Amplitudenund Geschwindigkeitsvariation) wird der Kompensationsterm in einer gebrauchsfertigen, expliziten Form angegeben. Dies stellt einen Schritt in Richtung eines modularen Entwurfs von Behavior-Systemen aus gekoppelten Teilsystemen dar.