机器人学基础与历史

感知—规划—执行范式

感知—规划—执行范式,是大多数机器人反复遵循的基本流程:先感知世界,再规划要做什么,然后按计划执行——接着立刻重新开始感知。它就像机器人的心跳。机器人不会只做一次,而是每秒把整个循环跑上许多遍,这样当世界发生变化时,它的动作才能跟得上。你过马路时也是这样:先看(感知),选好迈步的时机(规划),走过去(执行),然后再看一眼。

每一个阶段都依靠机器人不同的部分。感知来自摄像头、触觉、距离和位置传感器,它们把杂乱的真实世界变成数字。规划是“思考”的部分,由一段程序或一个学到的模型来决定该做什么——这也是为什么很多人改称它为“感知—思考—执行”,其实是同一个意思。执行则把指令发给电机,让身体真正动起来。这个循环越快、越可靠,机器人的行为就越流畅、越安全。

这里还有一种著名的替代思路。早期的机器人会在动之前,先用一个完整的世界模型把整套计划建好,可一旦现实和模型对不上,这种做法就既慢又脆弱。反应式方法则把它反了过来:让感知几乎直接连到动作,像反射一样,使机器人无需太多深思就能立刻作出反应。如今大多数机器人会把两者糅合在一起——用快速反射来保证安全,用较慢的规划来追求目标——所以那个简单的三步图景,最好被看作一个起点,而不是故事的全部。

一台送货机器人拍下人行道(感知),为自己规划出绕开停放自行车的路线(规划),再操控轮子转向(执行)——然后再次拍摄,每秒重复几十遍。

这个循环持续不停地运行,因此环境的变化不会让机器人措手不及。

“感知—规划—执行”和“感知—思考—执行”说的是同一个循环;反应式机器人学则是与之对照的另一种风格,把感知与动作直接相连,中间几乎不做规划。

又称
sense-think-act感知—思考—执行感知—思考—執行SPA