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Surveying and Mapping and Spatial Geographic Information Research
测绘与空间地理信息研究
划出一条安全、光滑及符合动力学约束的最优作业路径并交由运动控制系统执行。
多机协同模块的主要任务则是在集群联合作业的情况下，按照效率最大化的原则，
对任务进行划分，并交由多个集群成员同时执行。而外部协助模块则是在复杂或
极端情况威胁到测量任务与机器人安全性，决策层难以做出合理安全的决策时，
申请外部人为协助，以避免任务失败或出现严重的作业事故。
④服务层。服务层是测量机器人的测量功能最终实现与执行的部分，针对特
定应用场景需求而形成对应的解决方案。其负责接收前 3 层的信息输入，基于测
量任务的不同执行对应的数据处理算法，并根据任务的需求在必要时对决策层发
出指令，保证测量任务的顺利执行。本书根据测量机器人应用场景与测量任务的
需求将应用层的组成分为 3 大模块：场景制图、变化检测和目标监测。
其中，场景制图模块基于传感器采集的信息，通过相应算法对目标场景进行
重建，并能够根据任务的需求对场景的关键目标进行重点识别与测量；变化检测
模块能够将目标对象的当前观测结果与历史数据进行对比，发现其中变化的部分，
并测量与估计变化的程度；目标监测模块可以根据任务需求对场景中的特定目标
进行搜索，指挥测量机器人跟随目标对象并进行持续观测。
⑤控制系统。机器人运动控制系统根据决策层提供的行动指令，通过姿态控
制器和控制律设计模块解算出合适的舵机和电机控制量，转换成具体的 PWM 信
号输出给硬件层。
在机器人运动控制系统中，姿态控制器用于增加机器人运动体轴方向的阻尼。
机器人运动控制系统根据加速度计、陀螺仪、磁强计解算出的姿态角作为反馈，
用预先设计好的控制律进行运算，计算出各个舵面和电机控制量后发送到舵机和
电机，由舵机和电机驱动机器人运动。其中，舵机包括控制机器人运动姿态的舵
机和任务舵机（拍照、开关等操作），电机驱动动力系统提供推力和拉力。机器
人运动控制系统的具体流程如图 2-2 所示。
图 2-2 机器人运动控制系统
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