智能机器人与智能控制课件.ppt

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1、第八章智能机器人与智能控制2004年科幻电影《我，机器人》。第一节概述我们知道，视觉、触觉、听觉、味觉等对人类是及其重要的，因为这些感觉器官对我们适应周围的环境变化起着至关重要的作用。同样的，对于智能机器人来说，类似的传感器也是十分重要的。近年来，各种传感器的迅速发展以及人工智能的发展推进了智能机器人的发展。智能机器人是工业机器人从无智能发展到有智能、从低智能水平发展到高度智能化的产物。智能机器人应该具备四种机能：运动机能——施加于外部环境的相当于人的手、脚的动作机能；感知机能——获取外部环境信息以便进行自我行动监视的机能；思维机能

2、——求解问题的认识、推理、判断机能；人－机通讯机能——理解指示命令、输出内部状态，与人进行信息交换的机能。实际上智能机器人与人工智能息息相关，人工智能是智能机器人的核心。人形机器人日本2005世博会上机器人接待员日本卫视的新闻女主播藤井雅子和她的复制品机器人在智能机器人的研究中，许多是和人工智能（ArtificialIntelligence）所研究的内容一致的。但是它又不可避免地涉及许多其他问题，这些实际上与AI无关。例如一个具有智能的机器人它可以在车间内通过分析图纸的办法知道如何去装配一个产品，它能发现与找到所需工件，按照正确的顺

3、序把工件装配好。它应该具备人所具有的一些装配知识，因此它就涉及到知识的表达和获取技术。它要为装配做出规划，无论机器人采用AI中的搜索技术或其他方法，都涉及到AI中的问题求解技术。另一方面，它要发现和寻找工件，要利用模式识别中的技术。装配是一个复杂的工艺，它可能要采用力与位置的混合控制技术，同时，还可能为机器人本体安装柔性手腕，才能够完成工作任务，因此又涉及机构学问题。所以智能机器人设计的技术领域相当宽广。1971年，美籍华人付京孙正式提出智能控制（IntelligentControl）这一概念。它推动了人工智能和自动控制的结合，而智

4、能机器人的控制系统成了这种研究的最好应用领域。长期以来，人工智能领域的研究一直把机器人作为研究人工智能理论的载体，他们将智能机器人看作是一个纯软件的系统，而事实上不应该把智能机器人看成是纯软件系统，它应该是软件、硬件和本体组成的一个统一体。到目前为止，学术界对智能机器人并没有确切的定义，问题的根源在于目前人们对“智能”并没有确切的定义。因此虽然当今世界有不少科学家研究人工智能和智能机器人，人们对人工智能和智能机器人的要求是不断提高的。智能机器人应该是具有对本身状态和环境状态的感知能力，具有根据外界环境变化而自主作出决策的思维能力，并

5、根据自身的思维决策作出相应动作的机器人才能够称为智能机器人。日本的智能机器人“ASIMO”能自主走路、跑步、上下楼梯、踢足球、跳舞、躲避障碍物等，而且还具备较强的“交际”和“接待”能力智能机器人并不是单纯的软件体，它具有可以完成作业的结构和驱动装置，或者换句话说它必须首先符合机器人的基本定义。而作为智能机器人，它必须具有思维和决策能力，它并不是简单地由人以某种方式来命令它干什么就会干什么。它具有自身解决问题，学习问题，并根据具体情况进行思维决策的能力。例如一台水下机器人去深海打捞物品，它应该自己寻找可行的路线，回避障碍，减少危险，处

6、理意外事故，发现目标后，采用其可能的办法，把物品取回。人类社会和生产对智能机器人有着强烈的需求，人类需要这种智能机器人去拓宽生产和活动领域，要他们去深水、地下、强放射、太空等环境，希望机器人能够取代人们完成一些危险的工作。同时也期待智能机器人在工业中逐步把人解放出来，提高生产效率。智能机器人的广泛应用，将会使人类从“人—机器人—自然界”的生产模式过渡到“人－机器人－机器－自然界”的生产模式。第二节智能机器人的体系结构和控制系统一、智能机器人的体系结构事实上，任何一个机器人都有子集的体系结构。目前，大多数工业机器人的控制系统为两层结构

7、，上层负责运动学计算和人机交互，下层负责对各个关节进行伺服控制。现在世界上对一些智能机器人的实验系统追求的是采用某种思想或技术，从而实现某种功能或达到某种水平，所以其体系结构很多都是就其的需要进行设计的。智能机器人的体系结构最为广泛遵循的原则是依据时间和功能来划分体系结构种的层次和模块。这样的体系结构中，最有代表性的是美国航空航天局(NASA)和美国国家标准局(NBS)提出的，它的出发点是考虑一个航天机器人或一个水下机器人，或者一个移动机器人上可能有作业手、通讯、声纳等多个被控制的分系统，而这样的机器人可能有多个组成为一组相互协调工

8、作。机器人宇航员r2国际空间站及组装、维修机器人整个系统分成信息处理、环境建模和任务分解三列，分为坐标变换与伺服控制、动力学计算、基本运动、单体任务、成组任务和总任务六层，所有模块共享一个全局存储器（数据库）。体系结构的六层是依照信息