很多機(jī)器人的研究目標(biāo)很多是模擬人的智能,所以研究人的控制系統(tǒng),對(duì)于機(jī)器人有很大的借鑒意義。
人體的神經(jīng)系統(tǒng)由大腦、小腦、腦干、脊髓、神經(jīng)元等共同構(gòu)成,復(fù)雜而又完善。人體神經(jīng)系統(tǒng)包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)由腦和脊髓組成,是人體神經(jīng)系統(tǒng)的最主體部分。周圍神經(jīng)系統(tǒng)是從腦和脊髓發(fā)出的分布到全身各處的神經(jīng)。無數(shù)的神經(jīng)元存在于神經(jīng)系統(tǒng)各處,構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
中樞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制,主要分成三層:
大腦:居于最高層,負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)的總體策劃,各種任務(wù)的下達(dá)。
小腦:居于中間層,負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)組織和實(shí)施。人體平衡由小腦控制。
腦干和脊髓:屬于最低層,負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行,具體控制肌肉的骨骼的運(yùn)動(dòng),由腦干和脊髓完成。
三層對(duì)運(yùn)動(dòng)的調(diào)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(shí)現(xiàn)。大腦可直接也可間接的通過腦干控制脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)。
如果把機(jī)器人與人進(jìn)行類比,機(jī)械臂控制器就類似于人的脊髓,負(fù)責(zé)控制電機(jī)(肌肉)和機(jī)械機(jī)構(gòu)(骨骼)的具體運(yùn)動(dòng),多足機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制器,就類似于人的小腦,負(fù)責(zé)控制平衡和協(xié)調(diào)。而機(jī)器人的操作系統(tǒng)層,則類似于人的大腦,感知和認(rèn)知世界,并下達(dá)各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
基于以上類比,參照目前的各類機(jī)器人的情況,機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制大概可以分成4種任務(wù):
脊髓控制——機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)控制。工業(yè)機(jī)器人,各類機(jī)械臂,無人機(jī)的底層運(yùn)動(dòng)控制等面臨的主要是這類問題。
小腦控制——多足機(jī)器人的平衡和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制。這塊目前是機(jī)器人控制仍未突破的難點(diǎn),目前做的最好的顯然是波士頓動(dòng)力。
大腦控制——環(huán)境的感知。主要是掃地機(jī)器人、無人機(jī)等底層運(yùn)動(dòng)控制已經(jīng)封裝好的機(jī)器人的導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。需要通過環(huán)境感知,對(duì)自身和目標(biāo)進(jìn)行定位、導(dǎo)航和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。
大腦控制——環(huán)境的認(rèn)知和交互,也就是機(jī)器人具體執(zhí)行交互任務(wù),如控制機(jī)械臂抓取物體,執(zhí)行操作等。這是服務(wù)機(jī)器人需要突破的重要問題。
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運(yùn)動(dòng)控制
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原文標(biāo)題:機(jī)器人控制的幾種類型
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