与初级智能机器人相比，高级智能机器人同样可以根据外界条件的变化，在一定范围内自行修改程序，所不同的是，修改程序的原则由机器人通过和环境交互、自主学习和经验总结获得。高级智能机器人具有自主编程能力，自己安排自己的工作。

美国密歇根州立大学在1996年首先提出了自主心智发育机器人的概念，这是一个模仿人脑发育的新思想。2001年，美国密歇根大学首次系统地提出用于智能机器人的自主心智发育方法，随后开发了基于自主心智发育思想的SAIL机器人和David机器人。2012年，美国国际商用机器公司（IBM）研制出的Watson机器人具有强大的理解能力、智能的逻辑思考能力、优秀的学习能力和精细的个性化分析能力。

高级智能机器人主要由感知映射模块、驱动模块和认知映射模块构成。认知映射模块主要用于知识的学习、积累和判断。认知映射模块能够对感知映射模块提取的信息进行分类和识别，并为驱动模块提供决策，同时可以反馈控制感知映射模块以获取感兴趣的信息。从感知映射模块到驱动模块的映射关系不是程序员设计好再赋予机器人的，而是由机器人在与外界的交互学习中逐渐获取的。这类机器人通过学习规则并自主建立映射关系，使得机器人具有很强的适应性，大大拓宽了机器人的应用范围。