機器人學基礎與歷史

感知—規劃—執行範式

感知—規劃—執行範式,是大多數機器人反覆遵循的基本流程:先感知世界,再規劃要做什麼,然後按計畫執行——接著立刻重新開始感知。它就像機器人的心跳。機器人不會只做一次,而是每秒把整個循環跑上許多遍,這樣當世界發生變化時,它的動作才能跟得上。你過馬路時也是這樣:先看(感知),選好邁步的時機(規劃),走過去(執行),然後再看一眼。

每一個階段都依靠機器人不同的部分。感知來自攝影機、觸覺、距離和位置感測器,它們把雜亂的真實世界變成數字。規劃是「思考」的部分,由一段程式或一個學到的模型來決定該做什麼——這也是為什麼很多人改稱它為「感知—思考—執行」,其實是同一個意思。執行則把指令發給馬達,讓身體真正動起來。這個循環越快、越可靠,機器人的行為就越流暢、越安全。

這裡還有一種著名的替代思路。早期的機器人會在動之前,先用一個完整的世界模型把整套計畫建好,可一旦現實和模型對不上,這種做法就既慢又脆弱。反應式方法則把它反了過來:讓感知幾乎直接連到動作,像反射一樣,使機器人無需太多深思就能立刻作出反應。如今大多數機器人會把兩者揉合在一起——用快速反射來保證安全,用較慢的規劃來追求目標——所以那個簡單的三步圖景,最好被看作一個起點,而不是故事的全部。

一台送貨機器人拍下人行道(感知),為自己規劃出繞開停放腳踏車的路線(規劃),再操控輪子轉向(執行)——然後再次拍攝,每秒重複幾十遍。

這個循環持續不停地運行,因此環境的變化不會讓機器人措手不及。

「感知—規劃—執行」和「感知—思考—執行」說的是同一個循環;反應式機器人學則是與之對照的另一種風格,把感知與動作直接相連,中間幾乎不做規劃。

又稱
sense-think-act感知—思考—执行感知—思考—執行SPA