Многослойные архитектуры, впервые представленные в работе (Brooks, 1986), обеспечивают критическую латентность и частотную независимость между различными уровнями планирования, но также и разными уровнями восприятия.
Мотивация и начальные эксперименты
Поскольку сложность и вычислительная нагрузка модуля расширенного зрения возрастала, первоначальная последовательная архитектура навигации приводила к столкновению робота с растущим количеством препятствий. Для количественной оценки связи между периодом контура регулирования и реактивностью системы в традиционной последовательной архитектуре ученые провели полевой эксперимент, в ходе которого сравнивали бы реактивность последовательной системы как функцию различных периодов контура регулирования и измеряли количество столкновений на фиксированном курсе.
Чтобы гарантировать, что производительность системы зависела только от периода контура регулирования, мы используем единый, фиксированный, модуль обхода препятствий среднего радиуса действия. Для каждого теста период контура регулирования искусственно увеличивался, но процесс устранения препятствий и трасса теста оставались неизменными.
Автомобиль LAGR был протестирован в зоне пикника в Holmdel Park, NJ. Поле имело 8 больших деревьев, 2 бочонка и 2 столика для пикников, а расстояние до поля было 30 метров. Стартовая позиция располагалась под углом 90 градусов от ворот, а ствол находился в 3 метрах от ворот. При запуске забега бочка не будет видна до тех пор, пока робот не повернется к цели, и тогда роботу придется быстро повернуться, чтобы избежать попадания бочки. Транспортное средство было протестировано с использованием 4 различных периодов контура управления (от временной шкалы времени до выдачи команд управления движением): 360 мс, 510 мс, 660 мс и 960 мс. Самый короткий период цикла выполняется значительно лучше, чем в любом другом тестовом режиме, особенно при устранении первого препятствия.
Промежуточные периоды цикла имели меньшую производительность: они обычно врезались в первый ствол, но часто могли перемещаться по другим препятствиям (хотя и не так последовательно, как самый короткий цикл). Самый длительный период (960 мс) создавал ужасные условия для вождения, неоднократно сталкиваясь с препятствиями.
Кроме того, графики задержки показывают, что несжимаемая задержка датчика в 190мс уже снижает реакционную способность робота. Аналогичным образом, инерция транспортного средства, также добавляет задержку к реактивности. Задержка реакции, вызванная динамикой транспортного средства, рассматривается в последующих разделах в рамках планирования, основанного на маневрах. Хотя датчики и задержки обработки также могут быть устранены путем оценки задержек до и после планирования, автомобиль все еще повышает реактивность за счет минимизации задержек.
Многоуровневые архитектуры используются уже давно, и этот эксперимент еще раз подтверждает важность реактивности в навигации в ближнем бою в сравнении с дальностью видимости. Исследовали поведение ходячих людей на открытом воздухе. Результаты показали, что человеческий взгляд был направлен на объекты, расположенные вблизи наблюдателя, большую часть времени.
Ученые предложили гибридную многоуровневую архитектуру "человек-компьютер" для управления автомобильными дорогами. Они описали метод интеграции восприятия, планирования и контроля в единую структуру и продемонстрировали эту систему с помощью служебного робота. Затем представили метод унифицированного планирования и управления движением для мобильного робота.