软件设计

思路: 在进行代码编写之前，想找到一种简介的实现低级智能机器人的方式。目前的工业机器人采用的是精确控制的方法，在程序中固化

每种处理逻辑。用程序员的思维来完成对机器人的操作。

对于程序员来说，机器人无非就是外接了物理传感输入和运动控制输出的一台电脑，不管是64位多核CPU或者8位单片机，只是性能

的不同而已。理论上，都能通过程序设计来达到预定的目标。如果按照计算机上的普通程序来设计，那么大量的功能代码会相互耦合，每次为了增加一个新的运动功能或者任务，都需要编制新的代码，而新的代码给原来的环路反馈系统带来新的逻辑分支，所有的步骤都得经过程序员的验证和设计。这样的设计对于精确计算的PC程序或者擅长固定场景精确动作的工业机器人来说，都没有问题。但是对于这里要实现的“小强一号”机器人，是处在一个动态的变化环境当中，如果按照传统的软件设计逻辑，会存在大量耦合的逻辑分支，导致程序扩展性很差。举例来说，为了完成一个沿墙壁行走的功能，必须对各种传感器输入情况进行判断，然后做出预置的动作序列。

如果要执行的动作和需要判断的情况很多，那么程序逻辑分支就比较复杂，扩展性也比较差，有没有更好的适合机器人软件设计的方法呢？换一种思维来思考的话，我们要做的不是电脑程序，只是一个实验机器人。这个实验机器人能做到自然界昆虫级的“智能”就很不错了。 试想，一只蚂蚁，一只蟑螂会去思考这么复杂的逻辑分支吗？去考虑各种情况下应该采取的动作? 不太可能。我们用了复杂的想法去解决简单的事情。机器人和计算机的主要区别在于，计算机是按照预先规划的指令运行，而机器人需要根据变化的环境选择合适动作。我们首先可以简化动作模型，我把机器人的执行任务分成3个层次：任务-》行为-》动作

任务——机器人完成的一个期望目标，比如“在一个范围内收集地面上的垃圾”可以界定为一个机器人的任务。行为——行为是对任务的分解，行为是机器人根据环境变化选择要做什么。比如碰到墙壁需要进行躲避。电源不足需要充电，就可以划分为一个行为。动作——机器人最终控制电机等输出设备做出的动作，比如前进，后退，转弯。转动摄像头都可以划分成一个动作单元。说明：任务由一系列的行为构成；行为有一个或者多个动作组成，动作是立即执行的最小单元。在任意一个时刻，只有一个动作可以得到执行。软件实现的对象就是分解出简单的行为，针对每个行为单独实现，互相之间无干涉、无耦合。当多个行为要输出互相矛盾的动作时，通过一个行为优先级表来决定优先级高的行为来做出动作。在这个思路中，参考了基于行为编程的理论，关于详细的基于行为编程的描述，可以在网上搜索“Behavior-based robotics”。

通过这种设计思路，可以实现对动物反射特性的模拟，不需要把精力放在复杂的逻辑处理上，只需要根据分解出的基本行为实

现一个一个小的行为单元。每个行为单元只关心自己的传感输入和需要输出的控制动作就行了。确定了设计思路，下一部分开始针对小强一号来设计软件了。

参考资料，有兴趣的可以阅读：

• http://www-robotics.usc.edu/~maja/publications/mitcs.ps.gz （这篇文章描述了如何分解行为，需要安装 GSView）
• http://www.research.ibm.com/people/j/jhc/pubs/jhc-design.pdf
• http://www-robotics.usc.edu/~maja/bbs.html
• 《基于行为的机器人实战指南》 中译版

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