隨著人工智能和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與成熟，服務(wù)型機(jī)器人已出現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域,。由于高爾夫運(yùn)動(dòng)獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)方式和復(fù)雜的場(chǎng)地條件,，因而用于高爾夫球場(chǎng)的機(jī)器人研究呈現(xiàn)出巨大的潛力。高爾夫球場(chǎng)面積廣闊,，地勢(shì)復(fù)雜,，既有平坦的草坪，又有各種各樣的障礙物,，而且高爾夫運(yùn)動(dòng)者繁多,，所有這些因素都對(duì)機(jī)器人的行走提出了很高的要求。目前世界上研究用于高爾夫球場(chǎng)的機(jī)器人主要有在球場(chǎng)上搜尋高爾夫球的自主移動(dòng)型機(jī)器人和運(yùn)載高爾夫裝備的機(jī)器人,。美國(guó)Naval Air Warfare Center Weapons Division和 Golf Group of America聯(lián)合研究設(shè)計(jì)了安裝有GPS的遙控型高爾夫球包車,。
　　與應(yīng)用GPS進(jìn)行導(dǎo)航不同，設(shè)計(jì)的球童機(jī)器人用CCD攝像機(jī)和接近覺傳感器實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)者和周圍的環(huán)境信息,，跟蹤運(yùn)動(dòng)者來實(shí)現(xiàn)高爾夫球設(shè)備的運(yùn)送,。
1 機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　以機(jī)器人學(xué)中的三種普遍被認(rèn)可的基元——感知、規(guī)劃,、執(zhí)行之間的關(guān)系,，可將機(jī)器人中智能的組織分為三種形式：分級(jí)范式、反應(yīng)范式和慎思/反應(yīng)混合范式,。采用慎思/反應(yīng)混合得到的系統(tǒng)具有規(guī)劃能力,，并使得機(jī)器人具有任何與相對(duì)于環(huán)境的全局狀態(tài)相關(guān)的記憶和推理能力,。

　　高爾夫機(jī)器人在跟蹤運(yùn)動(dòng)者行走的過程中，需要根據(jù)外界環(huán)境信息,，自主地規(guī)劃路徑和處理突發(fā)性事件,。為了使機(jī)器人具有規(guī)劃能力和實(shí)時(shí)性，采用了慎思/反應(yīng)混合范式對(duì)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì),，用上位機(jī)系統(tǒng)和底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)協(xié)作控制高爾夫機(jī)器人完成行走跟蹤任務(wù),。基于慎思/反應(yīng)混合范式的機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。主要包括如下兩部分：
　　(1)上位機(jī)系統(tǒng)：主要由上位機(jī)和視覺系統(tǒng)構(gòu)成,，完成機(jī)器人的導(dǎo)航任務(wù)。上位機(jī)根據(jù)CCD攝像機(jī)和圖像采集卡采集的信息跟蹤運(yùn)動(dòng)者,；根據(jù)底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)傳送的傳感器和光碼盤信息構(gòu)建地圖,，并將規(guī)劃好的路徑傳送至底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
　　(2)底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)：主要由MCS-51系列單片機(jī)的CPU控制板,、多種接近覺傳感器和電機(jī)構(gòu)成,。CPU板根據(jù)不同傳感器信息，進(jìn)行反應(yīng)式行為的釋放,，或是將傳感器信息送至上位機(jī)系統(tǒng)輔助路徑規(guī)劃和地圖構(gòu)建,。執(zhí)行器" title="執(zhí)行器">執(zhí)行器接收命令進(jìn)行行為的執(zhí)行，并反饋光碼盤信息,，以供上位機(jī)系統(tǒng)確定機(jī)器人的位置,。
2 底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　高爾夫球童機(jī)器人的底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于行為的反應(yīng)范式。它不僅負(fù)責(zé)上位機(jī)和執(zhí)行器之間的通訊,，而且采集各種接近覺傳感器信息,，將信息傳送至上位機(jī)系統(tǒng)輔助路徑規(guī)劃和地圖構(gòu)建，或釋放運(yùn)動(dòng)中的反應(yīng)式行為,。
　　底層控制采用MCS-51系列單片機(jī)AT89C52作為核心控制器,，另外采用三片AT89C2051分別控制機(jī)器人左右輪的運(yùn)行和多路" title="多路">多路超聲傳感器信息的采集和處理。底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示,。

　　AT89C52主要對(duì)各類傳感器進(jìn)行控制和融合,，引起執(zhí)行器的反應(yīng)式行為，并通過串口與上位機(jī)進(jìn)行通訊,，將傳感器信息送至上位機(jī)輔助導(dǎo)航,，并接受上位機(jī)規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)指令，送至執(zhí)行器,。程序流程如圖3所示,。

3 底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的感知器設(shè)計(jì)
　　在高爾夫球童機(jī)器人行走的過程中，用各種接近覺傳感器的融合來實(shí)現(xiàn)避障的功能。最常用的接近覺傳感器有超聲傳感器（聲吶）,、紅外傳感器和碰撞傳感器,。根據(jù)三種傳感器的不同量程和系統(tǒng)功能的要求，用底層控制器對(duì)傳感器進(jìn)行切換和選擇,，并對(duì)各組傳感器信息進(jìn)行融合,。
　　由于超聲傳感器可以返回障礙物的實(shí)際位置和距離，價(jià)格低廉,，使用方便,，故超聲傳感器在移動(dòng)機(jī)器人中有著廣泛的應(yīng)用。在高爾夫球童機(jī)器人中,，用獨(dú)立的MCU AT89C2051作為控制器制作超聲電路板,，對(duì)多路超聲傳感器進(jìn)行控制和選擇，將測(cè)得的數(shù)據(jù)傳送至底層運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)核心控制器AT89C52,。