任务3 探究智能移动机器人的通用控制结构

智能移动机器人属于典型的机电控制系统，机器人的结构提供了其组织控制系统的原则性方法，因此采用何种控制结构非常重要，其优劣直接决定了智能移动机器人的性能。目前最先进的控制结构为慎思/反应混合系统结构，即三层体系结构：控制层、执行层、感知层，如图1.8所示。这一结构实际上反映了智能移动机器人类人的特点。

图1.8 智能移动机器人的三层体系结构

感知层用于智能移动机器人感知自身及周围环境的信息变化。例如，机器人轮子编码器感知机器人运动位移及速度变化，电机电流传感器感知电流（力矩）变化，机器人周围分布的红外传感器或超声波传感器感知周围环境中的障碍物等。而一些具有更高智慧的机器人，则配备了视觉传感器和听觉传感，例如，RoboCup家庭组服务机器人可以通过听觉传感器感知主人的声音、依靠视觉传感器辨别主人的脸部特征等。感知层是智能移动机器人与外部环境进行互动交流的窗口。

控制层对于机器人检测到的各种信息进行处理及决策，并发出控制指令给执行层，进而做出相应的反应。按照控制层智能程度的不同，又可分为智能控制层和本能控制层。本能控制层处理一些低级的反应，如人的触觉弧反应、膝跳反应等。优点是反应链路短，因而反应迅速，不依靠决策就能做出动作，主要用于一些基本的或需要紧急处理的动作，如碰撞检测等，在反应的同时通知智能控制层，但大多在反应层处理完后，智能控制层才收到信息，可见反应层处理速度之快。智能控制层则处理更高级的反应，包括多传感器的信息融合与分析、视觉及语音的处理，以及按照任务级目标的不同，主动进行策略分析及思考如何动作和反应等。可利用的资源较多，智能程度很高，处理速度相对较慢，但也更重要。可见控制层的划分是为不同级别及要求的任务而进行的，互为补充、互相依靠，与人类的思考及智能模型非常契合。因此可以看出，机器人设计实际上是在模仿人类的某些特征，但外观可能完全不像人，它只是人的功能的外延和拓展，但又服务于人，可以用7个字来高度概括机器人的特征：似人非人替代人。