移动机器人自主导航系统是一套集成多方面技术,旨在通过机器人主动感知、分析已知或未知的环境,规划、控制自身的运动,从而实现无需人为干预,机器人自主完成指定任务的系统。一个完整的移动机器人自主导航系统一般由感知、建图与定位、规划与控制、决策等多个子系统共同组成,子系统的性能与子系统间的架构、配合的方式是整体系统性能、安全性、鲁棒性的决定性因素,因此不仅对子系统,也对系统整体架构方面提出了较高的要求。
SPA(Sense-Plan-Act)是经典的机器人软件系统架构,从感知开始进行映射,经由一个内在的世界模型规划一系列动作,再在真实的环境中执行这些规划,但规划模型的规模及模型与真实环境的偏差对机器人运行效率及动作的预期效果产生重要的影响。快速反应体系则将机器人的动作抽象为对刺激的反应而不是依赖于有意识的规则,这极大提高了机器人运行的效率,但需要人为地制定大量的刺激反应等级。
基于快速反应混合SPA体系的自主导航系统将上述两种架构有机结合,各个子系统被表达为独立的快速反应单元,从而模块化各个子系统的设计,方便各个子系统的改进、优化,提高系统执行效率;而机器人本身依赖SPA体系对任务进行统筹规划,最终保障整体系统可靠性、安全性及鲁棒性。