随着人工智能和机器人技术的发展与成熟，服务型机器人已出现在各个领域。由于高尔夫运动独特的运动方式和复杂的场地条件，因而用于高尔夫球场的机器人研究呈现出巨大的潜力。高尔夫球场面积广阔，地势复杂，既有平坦的草坪，又有各种各样的障碍物，而且高尔夫运动者繁多，所有这些因素都对机器人的行走提出了很高的要求。目前世界上研究用于高尔夫球场的机器人主要有在球场上搜寻高尔夫球的自主移动型机器人和运载高尔夫装备的机器人。美国Naval Air Warfare Center Weapons Division和 Golf Group of America联合研究设计了安装有GPS的遥控型高尔夫球包车。
　　与应用GPS进行导航不同，设计的球童机器人用CCD摄像机和接近觉传感器实时采集运动者和周围的环境信息，跟踪运动者来实现高尔夫球设备的运送。
1 机器人系统设计
　　以机器人学中的三种普遍被认可的基元——感知、规划、执行之间的关系，可将机器人中智能的组织分为三种形式：分级范式、反应范式和慎思/反应混合范式。采用慎思/反应混合得到的系统具有规划能力，并使得机器人具有任何与相对于环境的全局状态相关的记忆和推理能力。

　　高尔夫机器人在跟踪运动者行走的过程中，需要根据外界环境信息，自主地规划路径和处理突发性事件。为了使机器人具有规划能力和实时性，采用了慎思/反应混合范式对机器人进行设计，用上位机系统和底层运动控制系统协作控制高尔夫机器人完成行走跟踪任务。基于慎思/反应混合范式的机器人控制系统结构如图1所示。主要包括如下两部分：
　　(1)上位机系统：主要由上位机和视觉系统构成，完成机器人的导航任务。上位机根据CCD摄像机和图像采集卡采集的信息跟踪运动者；根据底层运动控制系统传送的传感器和光码盘信息构建地图，并将规划好的路径传送至底层运动控制系统。
　　(2)底层运动控制系统：主要由MCS-51系列单片机的CPU控制板、多种接近觉传感器和电机构成。CPU板根据不同传感器信息，进行反应式行为的释放，或是将传感器信息送至上位机系统辅助路径规划和地图构建。执行器" title="执行器">执行器接收命令进行行为的执行，并反馈光码盘信息，以供上位机系统确定机器人的位置。
2 底层运动控制系统设计
　　高尔夫球童机器人的底层运动控制系统的体系结构设计是基于行为的反应范式。它不仅负责上位机和执行器之间的通讯，而且采集各种接近觉传感器信息，将信息传送至上位机系统辅助路径规划和地图构建，或释放运动中的反应式行为。
　　底层控制采用MCS-51系列单片机AT89C52作为核心控制器，另外采用三片AT89C2051分别控制机器人左右轮的运行和多路" title="多路">多路超声传感器信息的采集和处理。底层运动控制系统的硬件框图如图2所示。

　　AT89C52主要对各类传感器进行控制和融合，引起执行器的反应式行为，并通过串口与上位机进行通讯，将传感器信息送至上位机辅助导航，并接受上位机规划的运动指令，送至执行器。程序流程如图3所示。

3 底层运动控制系统的感知器设计
　　在高尔夫球童机器人行走的过程中，用各种接近觉传感器的融合来实现避障的功能。最常用的接近觉传感器有超声传感器（声呐）、红外传感器和碰撞传感器。根据三种传感器的不同量程和系统功能的要求，用底层控制器对传感器进行切换和选择，并对各组传感器信息进行融合。
　　由于超声传感器可以返回障碍物的实际位置和距离，价格低廉，使用方便，故超声传感器在移动机器人中有着广泛的应用。在高尔夫球童机器人中，用独立的MCU AT89C2051作为控制器制作超声电路板，对多路超声传感器进行控制和选择，将测得的数据传送至底层运动控制系统核心控制器AT89C52。