任務3 探究智能移動機器人的通用控制結構

智能移動機器人屬于典型的機電控制系統，機器人的結構提供了其組織控制系統的原則性方法，因此采用何種控制結構非常重要，其優劣直接決定了智能移動機器人的性能。目前最先進的控制結構為慎思/反應混合系統結構，即三層體系結構：控制層、執行層、感知層，如圖1.8所示。這一結構實際上反映了智能移動機器人類人的特點。

圖1.8 智能移動機器人的三層體系結構

感知層用于智能移動機器人感知自身及周圍環境的信息變化。例如，機器人輪子編碼器感知機器人運動位移及速度變化，電機電流傳感器感知電流（力矩）變化，機器人周圍分布的紅外傳感器或超聲波傳感器感知周圍環境中的障礙物等。而一些具有更高智慧的機器人，則配備了視覺傳感器和聽覺傳感，例如，RoboCup家庭組服務機器人可以通過聽覺傳感器感知主人的聲音、依靠視覺傳感器辨別主人的臉部特征等。感知層是智能移動機器人與外部環境進行互動交流的窗口。

控制層對于機器人檢測到的各種信息進行處理及決策，并發出控制指令給執行層，進而做出相應的反應。按照控制層智能程度的不同，又可分為智能控制層和本能控制層。本能控制層處理一些低級的反應，如人的觸覺弧反應、膝跳反應等。優點是反應鏈路短，因而反應迅速，不依靠決策就能做出動作，主要用于一些基本的或需要緊急處理的動作，如碰撞檢測等，在反應的同時通知智能控制層，但大多在反應層處理完后，智能控制層才收到信息，可見反應層處理速度之快。智能控制層則處理更高級的反應，包括多傳感器的信息融合與分析、視覺及語音的處理，以及按照任務級目標的不同，主動進行策略分析及思考如何動作和反應等。可利用的資源較多，智能程度很高，處理速度相對較慢，但也更重要。可見控制層的劃分是為不同級別及要求的任務而進行的，互為補充、互相依靠，與人類的思考及智能模型非常契合。因此可以看出，機器人設計實際上是在模仿人類的某些特征，但外觀可能完全不像人，它只是人的功能的外延和拓展，但又服務于人，可以用7個字來高度概括機器人的特征：似人非人替代人。