第3章 智能移動機器人的本能控制子系統

學習情境

通過之前的學習已經知道，在智能移動機器人的層次控制體系結構中，本能控制子系統位于移動控制子系統的底層，并直接與硬件打交道，這就決定了該子系統具有不需要任何類型的認知，只要感知激勵就會響應且響應速度快的特點。這非常類似于人類的基本的神經控制反應系統，如人的膝跳反射反應等，因此稱為本能控制子系統。本能控制子系統是由行為組成的，它緊耦合了感知和執行，采用“感知—執行”的控制模式，其中沒有規劃部件。因此，反應式系統是執行最快的機器人系統。但本能控制子系統不能完成機器人資源的分配、規劃、推理等，這一部分工作由智能控制層來實現。在機器人的本能控制子系統中，機器人通過觸發一系列比較低級的簡單行為來實現操作任務，如機器人避障、簡單的機器人導航等。

既然本能控制子系統能完成機器人系統一些基本的但又非常重要的功能，那么怎樣才能構建好機器人的本能控制子系統呢？下面以輪式移動機器人的本能控制子系統為主要任務來展開說明。

任務1 智能移動機器人本能控制系統硬件架構

智能移動機器人本能控制系統的硬件核心是帶有CAN總線接口的智能控制與驅動模塊。每一個智能控制與驅動模塊可以獨立地控制與驅動一個直流伺服電機或步進電機，最多可以通過CAN總線串聯多達256個直流伺服電機或步進電機。每一個智能控制與驅動模塊相當于人類神經系統的一個脊髓灰質細胞，可以獨立地對外界的刺激產生響應。多個脊髓灰質細胞串聯構成人類的脊椎神經系統，而多個智能控制模塊通過CAN總線串聯，就構成了機器人的本能控制子系統。

每一個采用智能控制與驅動模塊的本能控制單元，不僅能在主控制器監控下通過RS-232/CAN發送運動命令進行操作，還可以按照存儲于其內部EEPROM的運動程序脫離主機獨立運行，并且可以使用限位開關、捕獲輸入、通用I/O來觸發并運行預存儲的運動程序。因此，使用智能控制與驅動模塊作為本能控制器具有很多優點，列舉如下。

（1）用戶可直接調用其運動指令進行運動驅動控制，而不用考慮實現電機控制的細節。

（2）智能控制與驅動模塊還可以作為機器人本能控制器和軟件運行環境，完成機器人的一些基本功能（如避障、自主漫游等行為），且具有高速、控制簡便等特點。