隨著人工智能和機器人技術的發展與成熟，服務型機器人已出現在各個領域。由于高爾夫運動獨特的運動方式和復雜的場地條件，因而用于高爾夫球場的機器人研究呈現出巨大的潛力。高爾夫球場面積廣闊，地勢復雜，既有平坦的草坪，又有各種各樣的障礙物，而且高爾夫運動者繁多，所有這些因素都對機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的機器人主要有在球場上搜尋高爾夫球的自主移動型機器人和運載高爾夫裝備的機器人。美國Naval Air Warfare Center Weapons Division和 Golf Group of America聯合研究設計了安裝有GPS的遙控型高爾夫球包車。
　　與應用GPS進行導航不同，設計的球童機器人用CCD攝像機和接近覺傳感器實時采集運動者和周圍的環境信息，跟蹤運動者來實現高爾夫球設備的運送。
1 機器人系統設計
　　以機器人學中的三種普遍被認可的基元——感知、規劃、執行之間的關系，可將機器人中智能的組織分為三種形式：分級范式、反應范式和慎思/反應混合范式。采用慎思/反應混合得到的系統具有規劃能力，并使得機器人具有任何與相對于環境的全局狀態相關的記憶和推理能力。

　　高爾夫機器人在跟蹤運動者行走的過程中，需要根據外界環境信息，自主地規劃路徑和處理突發性事件。為了使機器人具有規劃能力和實時性，采用了慎思/反應混合范式對機器人進行設計，用上位機系統和底層運動控制系統協作控制高爾夫機器人完成行走跟蹤任務。基于慎思/反應混合范式的機器人控制系統結構如圖1所示。主要包括如下兩部分：
　　(1)上位機系統：主要由上位機和視覺系統構成，完成機器人的導航任務。上位機根據CCD攝像機和圖像采集卡采集的信息跟蹤運動者；根據底層運動控制系統傳送的傳感器和光碼盤信息構建地圖，并將規劃好的路徑傳送至底層運動控制系統。
　　(2)底層運動控制系統：主要由MCS-51系列單片機的CPU控制板、多種接近覺傳感器和電機構成。CPU板根據不同傳感器信息，進行反應式行為的釋放，或是將傳感器信息送至上位機系統輔助路徑規劃和地圖構建。執行器" title="執行器">執行器接收命令進行行為的執行，并反饋光碼盤信息，以供上位機系統確定機器人的位置。
2 底層運動控制系統設計
　　高爾夫球童機器人的底層運動控制系統的體系結構設計是基于行為的反應范式。它不僅負責上位機和執行器之間的通訊，而且采集各種接近覺傳感器信息，將信息傳送至上位機系統輔助路徑規劃和地圖構建，或釋放運動中的反應式行為。
　　底層控制采用MCS-51系列單片機AT89C52作為核心控制器，另外采用三片AT89C2051分別控制機器人左右輪的運行和多路" title="多路">多路超聲傳感器信息的采集和處理。底層運動控制系統的硬件框圖如圖2所示。

　　AT89C52主要對各類傳感器進行控制和融合，引起執行器的反應式行為，并通過串口與上位機進行通訊，將傳感器信息送至上位機輔助導航，并接受上位機規劃的運動指令，送至執行器。程序流程如圖3所示。

3 底層運動控制系統的感知器設計
　　在高爾夫球童機器人行走的過程中，用各種接近覺傳感器的融合來實現避障的功能。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。根據三種傳感器的不同量程和系統功能的要求，用底層控制器對傳感器進行切換和選擇，并對各組傳感器信息進行融合。
　　由于超聲傳感器可以返回障礙物的實際位置和距離，價格低廉，使用方便，故超聲傳感器在移動機器人中有著廣泛的應用。在高爾夫球童機器人中，用獨立的MCU AT89C2051作為控制器制作超聲電路板，對多路超聲傳感器進行控制和選擇，將測得的數據傳送至底層運動控制系統核心控制器AT89C52。