很多機器人的研究目標很多是模擬人的智能,所以研究人的控制系統,對于機器人有很大的借鑒意義。
人體的神經系統由大腦、小腦、腦干、脊髓、神經元等共同構成,復雜而又完善。人體神經系統包括中樞神經系統和周圍神經系統。中樞神經系統由腦和脊髓組成,是人體神經系統的最主體部分。周圍神經系統是從腦和脊髓發出的分布到全身各處的神經。無數的神經元存在于神經系統各處,構成神經網絡。
中樞神經網絡負責運動控制,主要分成三層:
大腦:居于最高層,負責運動的總體策劃,各種任務的下達。
小腦:居于中間層,負責運動的協調組織和實施。人體平衡由小腦控制。
腦干和脊髓:屬于最低層,負責運動的執行,具體控制肌肉的骨骼的運動,由腦干和脊髓完成。
三層對運動的調控作用不同,由高到低,低層接收高層的下行控制指令并具體實現。大腦可直接也可間接的通過腦干控制脊髓運動神經。
如果把機器人與人進行類比,機械臂控制器就類似于人的脊髓,負責控制電機(肌肉)和機械機構(骨骼)的具體運動,多足機器人的運動控制器,就類似于人的小腦,負責控制平衡和協調。而機器人的操作系統層,則類似于人的大腦,感知和認知世界,并下達各種復雜的運動目標。
基于以上類比,參照目前的各類機器人的情況,機器人的運動控制大概可以分成4種任務:
脊髓控制——機械臂運動的基礎控制。工業機器人,各類機械臂,無人機的底層運動控制等面臨的主要是這類問題。
小腦控制——多足機器人的平衡和運動協調控制。這塊目前是機器人控制仍未突破的難點,目前做的最好的顯然是波士頓動力。
大腦控制——環境的感知。主要是掃地機器人、無人機等底層運動控制已經封裝好的機器人的導航和路徑規劃。需要通過環境感知,對自身和目標進行定位、導航和運動規劃。
大腦控制——環境的認知和交互,也就是機器人具體執行交互任務,如控制機械臂抓取物體,執行操作等。這是服務機器人需要突破的重要問題。
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原文標題:機器人控制的幾種類型
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