第3章 智能移动机器人的本能控制子系统

学习情境

通过之前的学习已经知道，在智能移动机器人的层次控制体系结构中，本能控制子系统位于移动控制子系统的底层，并直接与硬件打交道，这就决定了该子系统具有不需要任何类型的认知，只要感知激励就会响应且响应速度快的特点。这非常类似于人类的基本的神经控制反应系统，如人的膝跳反射反应等，因此称为本能控制子系统。本能控制子系统是由行为组成的，它紧耦合了感知和执行，采用“感知—执行”的控制模式，其中没有规划部件。因此，反应式系统是执行最快的机器人系统。但本能控制子系统不能完成机器人资源的分配、规划、推理等，这一部分工作由智能控制层来实现。在机器人的本能控制子系统中，机器人通过触发一系列比较低级的简单行为来实现操作任务，如机器人避障、简单的机器人导航等。

既然本能控制子系统能完成机器人系统一些基本的但又非常重要的功能，那么怎样才能构建好机器人的本能控制子系统呢？下面以轮式移动机器人的本能控制子系统为主要任务来展开说明。

任务1 智能移动机器人本能控制系统硬件架构

智能移动机器人本能控制系统的硬件核心是带有CAN总线接口的智能控制与驱动模块。每一个智能控制与驱动模块可以独立地控制与驱动一个直流伺服电机或步进电机，最多可以通过CAN总线串联多达256个直流伺服电机或步进电机。每一个智能控制与驱动模块相当于人类神经系统的一个脊髓灰质细胞，可以独立地对外界的刺激产生响应。多个脊髓灰质细胞串联构成人类的脊椎神经系统，而多个智能控制模块通过CAN总线串联，就构成了机器人的本能控制子系统。

每一个采用智能控制与驱动模块的本能控制单元，不仅能在主控制器监控下通过RS-232/CAN发送运动命令进行操作，还可以按照存储于其内部EEPROM的运动程序脱离主机独立运行，并且可以使用限位开关、捕获输入、通用I/O来触发并运行预存储的运动程序。因此，使用智能控制与驱动模块作为本能控制器具有很多优点，列举如下。

（1）用户可直接调用其运动指令进行运动驱动控制，而不用考虑实现电机控制的细节。

（2）智能控制与驱动模块还可以作为机器人本能控制器和软件运行环境，完成机器人的一些基本功能（如避障、自主漫游等行为），且具有高速、控制简便等特点。