[发明专利]自主世界模型中的动态细化标记

说明书

一种用于在包括多个对象的操作环境中执行自主操作的系统，包括服务器计算机。服务器计算机包括存储有操作环境中的对象的详细表示的非暂时性计算机可读介质。对象的每个详细表示均包括提供与对象有关的知识信息的一个或多个标记。自主设备包括：非暂时性计算机可读介质，其存储包括操作环境中的对象的稀疏表示的世界模型；处理器，其被配置为使用世界模型来执行需要使用至少一个对象的任务；以及网卡，其用于连接到服务器计算机。当新任务的执行需要使用操作环境中的特定对象时，自主设备更新世界模型以包含特定对象的详细表示。

技术领域

本公开主要涉及与在自主设备的世界模型中动态细化标记有关的方法、系统和装置。所公开的技术可被应用于例如工业自动化系统和采用自主设备的其它操作环境。

背景技术

自主系统是一种工业系统，它拥有足够的知识，只需相当高级的指令就能完成任务。例如，一个移动机器人可为一个自主设备，它可在工厂里自动搜索一台机器，然后通过打开机器、取出零件和放回零件来照料这台机器。如果机器人只被编程有打开目标机器以及如何拾取和放置零件的基本知识，而没有为执行任务而进行的未改变的移动对移动操作序列的专门编程，则该设备将是自主的。

在系统没有被明确编程或训练的情况下，自主系统执行自主动作以智能地行动。对于此类系统，自主系统在其中起作用的复杂而稳健的世界模型可能至关重要。尽管有些系统将世界模型隐藏在诸如神经网络的随机和统计数据结构中，但其它系统则利用了人类程序员的知识，这些程序员开发了复杂的模型来表示系统周围的环境。

世界模型的结构将必然含有表示自主设备与之交互的物理实体的对象。同样，世界模型可含有语义信息，该语义信息提供系统知道如何与特定对象交互的知识。出于本公开的目的，将假定这种信息用于“标记”世界模型中的物理对象的表示。与对象相关联的知识信息的集合在本文中被称为“标记”。在实际系统中，此类数据可分布得更广，也可由算法表达式组装而成。一般而言，可假定标记携带用于理解对象的数据。

另外，可假设标记具有与特定对象或通用类对象的关联，从通用类对象类可得出与特定对象的关联。

自主系统对每个对象的理解高度依赖于世界模型中该对象的知识。然而，与对象相关联的数据通常是动态的，并且在自主系统遇到环境中的对象时可能是不完整或不正确的。因此，设计自主系统及其世界模型的一个主要问题是确保与对象相关联的数据保持完整、正确和最新。而且，数据可能仅在达到标准时变得相关，诸如当设备进入与标记对象交互的范围时。在这种情况下，可根据需要检索数据，以便利用更详细的知识继续操作。

将自动化系统编程为具有自主行为并不常见。传统的自动化程序是由人类开发人员手工编码的，以对其输入值做出非常具体的编程响应。输入与输出之间的关系通常被表示为逻辑代码，诸如使用IEEE1131标准。一般而言，表示机器环境的数据结构不是以通用方式编程的；而是将数据最小化为仅覆盖算法必须计算的状态的低级布尔值和数值。

用于研究自主行为的学术系统可表现出更复杂的适应模式；然而，这些系统通常无法以易于解释的方式表示世界。运用深度学习技术和其它机器学习技术，这些技术将机器的数据和编程的行为表示为一个大的数值集合。这些值的绝大多数的特殊含义对于外部观察者是未知的，并且程序的正确性很难估计。同样，一旦网络或类似的数据结构得到训练，系统就不会在系统执行其任务时更新这些值。任何瞬态知识均必须被表示为网络内的反馈回路，并且尚不清楚此类知识在何处以及如何被编码。

一些学术系统可能使用本体数据库来编码系统应该如何解释对象和执行行为的知识。数据库是从人类知识中创建的，并且可类似于本发明中描述的具有标记方法的世界模型。机器收集新信息时，到目前为止已示出的数据库不会更新。与特定物理对象的关联是手工编码的，就像机器的整体功能和行为反应一样。目前学术界的本体系统也倾向于关注设备的功能或行为，而不是知识表示。可针对计划系统对动作进行编码，该计划系统具有用于确定在给定时刻执行动作的有效性的前置条件和后置条件。对世界状态知之甚少的知识以分布式方式被编码为布尔状态变量。积累或修改关于特定世界对象的知识不是系统的一部分。