第6篇 翱翔讲解

职业教育“工程实践创新项目”应用课程系列教材“全国职业院校技能大赛”教学资源转化成果机器人技术应用项目教程第6篇——翱翔目录CONTENTS任务一、人工智能任务二、无人机任务三、多机器人协同合作任务四、全球最先进的机器人任务五、机器人“奥运会”任务六、机器人的未来任务一人工智能目录CONTENTS2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，对人工智能发展进行了战略性部署，确立了“三步走”目标，力争到2030年把我国建设成为世界主要人工智能创新中心。“三步走”是：到2020年，人工智能总体技术和应用与世界先进水平同步，人工智能产业成为我国新的重要经济增长点，技术应用成为改善民生的新途径；到2025年，人工智能基础理论实现重大突破，部分技术与应用达到世界领先水平，人工智能产业成为带动我国产业升级和经济转型的主要动力；到2030年，人工智能理论、技术与应用总体达到世界领先水平，我国成为世界主要人工智能创新中心。人工智能是什么？人工智能（ArtificialIntelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等，将会是人类智慧的“容器”。也被认为是二十一世纪三大尖端技术（基因工程、纳米科学、人工智能）之一。人工智能界最有名的“阿尔法狗”。很多人都想知道这款阿尔法狗的配置，官方说的神经网络、大脑等等词语，看的我云里雾里。好吧，我简单点来说说谷歌是怎样把阿尔法狗练成围棋高手的。首先，谷歌先是用以下材料做出了阿尔法狗的身体。好了，阿尔法狗的身体做好了，没事就到处遛弯，有一天，阿尔法狗看见很多人在下围棋，两两一组地对战很是有趣。阿尔法便被吸引了，在那里看了好久，便把这些棋阵记在CPU里了，常年累月下来，他的CPU里已经有几万甚至几十万的棋阵。养兵千日，用兵一时。阿尔法狗苦苦磨炼了这么久，该上战场了，之前找过围棋界的高手小试牛刀了一把，这次，谷歌找来的是世界围棋冠军---李世石。不战不知道，一战吓全世界一大跳。阿尔法狗3:0完胜李世石，阿尔法狗红了，红得不要不要的，现在，不管是普通人，还是围棋界，甚至是哲学界的人都在关注这个名叫阿尔法狗的人工智能最高产物。再来观赏一套认知礼服，这是中国第一套由人工智能、设计师与明星本人共同合作完成的礼服。在构思阶段，IBMWatson建立了李宇春的“时尚形象”与粉丝及公众评论之间的关联模型；在设计阶段，IBMWatson从三十万张图片里识别出礼服的时尚元素，包括廓形、面料、颜色等，并推荐了3000张图片供设计师参考。按照传统，设计师可能需要8至14天时间来手动完成这个过程，而IBMWatson将这个过程缩减到几乎实时。目前，特斯拉全系车型都可以由车主自由选装自主辅助驾驶套件。当驾驶员使用钥匙启用召唤功能，车辆会自动驶出车库，并探测驾驶员所在位置，停靠到驾驶员附近。在第三届世界互联网大会上，特斯拉发布一款ModelS车型，整套最新的2.0硬件系统包括8个摄像头，可以覆盖360度可视范围，对周围环境最远监控距离可以达到250米。12个超声波传感器，接近上一代系统的2倍。此外，车辆还搭载比上一代运算速度快40倍的处理器，运用自主研发的声纳与雷达系统软件，当车辆接收到驾驶员变道信息时，系统会根据周围道路的情况，自动完成车道变换。任务二无人机目录CONTENTS

1、无人机在物流上的应用我们一起看看“京东无人机物流计划”和重要发生事件：2016年6月8日上午9点，在江苏宿迁市曹集乡同庵村居委会内，一架三轴无人机缓缓起飞，十分钟后，5公里外的旱闸村居委会内，京东当地的推广员接收包裹，无人机送货第一单完成。2017年2月，京东集团与陕西省政府签订智慧物流战略合作协议，双方将携手共建“全球首个低空无人机物流网”。2017年5月22日，京东集团与西安航天基地签署合作协议，京东全球物流总部、无人系统产业总部、京东云陕西大数据运营总部“三总部”正式落户西安。无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。2016年很可能是无人机腾飞的一年。近日有消息称，美国联邦监管部门正在探索各种新方式，以确保远离视线之外的无人机不会干扰民航飞机。2017年6月份，京东无人机在西安和宿迁开展了常态化的运营。截至到7月31日，在西安地区已经完成了800多架次、4000多公里、14000多分钟的运营飞行。京东未来要在四川建150个无人机货运机场，将覆盖四川所有县城，规划更多航线并连通城乡，未来有望投入上万架次的无人机来承担四川农村的配送任务。

2、无人机在电力行业上的应用（1）测量地形图全国每年有数千公里的线路工程，由于路径短小、工程时间紧，难以实施航飞。同时，有些工程规模小，也不便于收集资料。因此，这些工程还是以传统的工测方法进行路径选择设计，规划输电线路，无法贯彻全过程信息化技术的应用，不能对未来整体的智能电网建设提供基础数据。而无人机摄影测量系统的特点可以很好的满足此种类型工程勘测需要，优化输电线路的路径，同时还可以起到降低成本的作用，有效地保障国家的财产安全。（2）无人机放线最原始的架线方式是人力展放牵引绳，适合一般跨越，但是施工效率低，而且对于特殊跨越难度较大。（3）无人机巡线无人机作业可以大大提高输电维护和检修的速度和效率，使许多工作能在完全带油的环境下迅速完成。无人机作业还能使作业范围迅速扩大，而且不为污泥和雪地所困扰。因此，无人机巡线方式无疑是一种安全、快速、高效、前途广阔的巡线方式。

3、无人机在农林植物保护的应用截至2016年6月5日，我国生产专业级无人机的公司有300多家，其中有200多家是植保无人机生产厂家，生产各类植保无人机共178个品种，保有量超过5000架。目前国内植保无人机技术和产品性能参差不齐，众多产品中绝少有能够满足大面积高强度植保喷洒要求。目前国内销售的植保无人机分为两类，油动植保无人机和电动植保无人机，二者对比如下表所示。

油动植保无人机电动植保无人机优点1、载荷大，15-120L都可以2、航时长，单架次作业范围大3、燃料易于获得，采用汽油混合物做燃料1、环保，无废气，不造成农田污染2、易于操作和维护，一般7天就可操作自如3、售价低，在10-18万左右，普及化程度高4、电机寿命可达上万小时缺点1、由于燃料是采用汽油和机油混合，不完全燃烧的废油会喷洒到农作物上，造成农作物污染2、售价高，大功率植保无人机售价在30-200万3、整体维护较难，因采用汽油机做动力，其故障率高于电机4、发动机磨损大，寿命300-500小时1、载荷小，载荷范围5-15L2、航时短、单架次作业时间一般4-10分钟，作业面积10-20亩/架次3、采用锂电作为动力电源，外场作业需要配置发电机，及时为电池充电在机型结构上，无人机又分为无人直升机和多轴飞行器。下面是直升机和多轴飞行器的对比表所示。

无人直升机多轴飞行器优点1、风场稳定，雾化效果好，向下风场大，穿透力强，农药可以打到农作物的根茎部位；2、抗风性更强。1、入门门槛低，更容易操作；2、造价相对便宜。缺点1、一旦发生炸机事故，无人直升机造成的损失可能更大；2、价格更高。1、抗风性更弱；2、下旋风场更弱；3、造成风场散乱，风场覆盖范围小，若加大喷洒面积，把喷杆加长，会导致飞行不稳定，作业难度加大，增加摔机风险。任务三多机器人协同工作目录CONTENTS上面图是机器人“千手观音”的表演，在音乐的配合下虽然每个机器人做出不同的动作，但又是那么井然有序，默契地相互配合，像是一支训练有素的部队。流水线上这么多的机器人同时在工作，没有统一的指挥，他们相互之间不会“打架”吗？而国外的研究则比较活跃，欧盟、日本及美国作为制造先进的领先者都提出多机器人的系统解决方案，如表所示。欧盟MARTHA课题“用于搬运的多自主机器人系统(multipleautonomousrobotssystemfortransportandhandingapplication)日本ACTRESS系统是通过设计底层的通讯结构而把机器人、周边设备和计算机等连接起来的多机器人智能系统。CEBOT系统中，每个机器人可以自主地运动，没有全局的世界模型，整个系统没有集中控制，可以根据任务和环境动态重构、可以具有学习和适应的群体智能。美国SWARM系统是有大量自治机器人组成的分布式系统，其主要特点是机器人本身被认为无智能，它们在组成系统后，将表现出群体的智能。美国海军研究部和能源部也对多机器人系统的研究进行了资助。1．多机器人体系结构从控制角度分析，多机器人组织结构可分为集中控制方式、分布控制方式以及集中与分布控制方式相结合的混合控制方式，三种方式特点及比较如表。集中控制方式（比较适合紧密协调工作方式）分布式控制方式（比较适合松散协调工作方式）混合控制方式（克服紧密和松散协调工作方式）机器人分为主机器人和从机器人两种，主机器人负责任务的动态分配和调度，对各机器人进行协调，具有完全的控制权。该控制方式的特点是：降低系统的复杂性，减少机器人之间直接协商通信的开销，但要求主机器人具有较强的规划处理能力，系统协调性较好，实时性和动态性较差。没有任何集中控制单元，系统的各机器人之间的地位平等，没有逻辑上的隶属关系，彼此行为的协调是通过机器人之间的交互来完成的。每个机器人本身有能力解决面临的问题，他们协作完成整体的共同目标，具有较高的智能和自治力。这种结构有较好的容错能力和可扩展性，但对通信要求较高，多边协商效率较低，有时无法保证全局目标的实现。在多机器人系统中加入一定程度的中心协调有助于提高整体性能和效率，可避免各独立机器人的“自我中心”倾向，促进资源的利用率。既提高了协调效率，又不影响系统的实时性、动态性、容错性和可扩展性。2．多机器人之间的协调多机器人系统的最显著的优点就是机器人之间可以相互协调，共同完成任务。同时这也是多机器人系统中最关键的技术。在这里要解决三方面的问题：多机器人之间的协作，多机器人之间的避障行为和防止死锁。多机器人之间的协作体现的机器人之间的团队精神，机器人为了完成共同的目标而进行合作。比较典型的是机器人保持队形和搬运物体。机器人个体不但要考虑个体的需求，也要考虑整体的需求。3．多机器人之间的通讯多机器人系统中的通讯可以大大提高系统运行的效率。一般来说机器人之间的通讯方式有显式通讯和隐式通讯两类。显示通讯是指使用硬件设备产生的一种开销大的、不可靠的、用于机器人之间协调的通讯方法。而隐式通讯利用机器人的行为对产生环境的变化来影响其他机器人的行为。在隐式通讯中（如：蚁群算法等），机器人一般只有简单的智能，但是单个机器人的失误不会对整体的行为造成很大的影响，因此有较高的鲁棒性。为了达到系统的实时性，通讯的内容不能过于复杂。随着机器人的数量的增加，依靠通讯进行协调的系统复杂度会呈指数增长。另外，在某些环境中（如水下，尤其是浅水区域），环境干扰很大，因此非常需要一种有效、可靠的通讯协议。目前多机器人主要是无线通讯，时延、冲突都是应当考虑的问题，多数使用CSMA/CD、CSMA/CA通讯协议。4．多机器人的感知学习在不断变化的环境中，机器人应当有能力感知环境的变化。如果机器人过于依赖信息，那么当机器人数量增加时，会因系统的通讯负担增大降低系统运行的效率，因此机器人的感知能力非常重要。例如，如在蚁群算法中，机器人之间没有通讯，感知是必不可少的。传统的多机器人系统的研究都是在具体问题上进行研究，当任务发生变化时，它们的体系结构、协作策略和通讯机制都会发生变化。另外从感知和通讯获得的知识得到理想的行为控制参数，对机器人来说比较困难。因而，为了获得适合的参数并使它适应环境的变化，在系统中加入学习机制也是非常重要的。目前，神经网络和强化学习的方法的使用比较广泛。任务四全球最先进的机器人目录CONTENTS1．牙疼机器人牙疼机器人Hanako来自日本的医生和机器人研究人员推出了一款仿人机器人“Hanako”，该机器人可以通过眨动眼睛、以及像病人那样流口水，甚至可以表达疼痛的表情。而Hanako可作为牙科学生的演练工具，以及用来测验和评估牙科学生的技能水平。具有女性外形的机器人Hanako面部表情非常丰富，甚至能够开口说话：“请多多关照。”但是，当牙科学生钻孔时钻的过多、或者钻的地方不对时，Hanako会说：“你碰疼我了”，然后不断的摇动其塑料材质的头部。而牙科学生会根据机器人的表现来做出修正。2.手术机器人这是一位医这疗保健一眼五臂的“医生”。有人预测：“25年后，手术台前也许看不到大夫，主刀的将是机器人。”而国内首台微创外科手术机器人“妙手A”在操作人员的控制下，演示着外科大夫在手术中常做的操作，对捏、剪切、缝合、打结……不同的是，这些都是在和手术台完全独立的一部控制器前完成的，手术台前的主刀大夫是一台具有一眼——内墙窥视镜，五臂——手持各种手术器械的机械手。图是马萨诸塞州米尔顿的米尔顿医院泌尿科医生克利福德・格鲁克（CliffordGluck）正在操作“达芬奇”机器人系统。3.机器人服务员在泰国首都曼谷的一家日本餐馆，机器人服务员为客人上菜。这家日本餐馆是泰国首家拥有机器人服务员的餐馆，顾客可以通过电子触摸屏进行点菜，机器人则会带来相应的服务。机器人服务员能有节奏地跳舞，还可以自动到餐桌为客人收走空盘子，如图所示。日本东京的早稻田大学机械工程系实验室开发的“机器人21”，它的指间正在灵巧地抓取一根吸管，展示出它对细小物体的操纵能力。菅野茂树(ShigekiSugano)博士领导早稻田大学的一个科研组研发了这种非常先进的机器人，他们希望这些机器人能帮助老年人。在东京举行的卫生机器人展览活动中，被称作“MySpoon”的机器人助手正在给日本政府高官喂饭吃。日本Secom公司研发的这款“MySpoon”机器人是为了帮助残疾人利用嘴巴、手或脚控制一个操作杆吃饭。4.地外探测车美国宇航局的“全地形六腿地外探测车”正在穿越与迪蒙沙丘接壤的加州地区。“全地形六腿地外探测车”经过特殊设计，将能在未来的月球任务中像阿波罗飞船一样穿越极端起伏不平的地形，并能攀越极其崎岖或者陡峭的地形。美国航空航天局的新型地球探测车GROVER只在格陵兰的最高点进行工作。该探测车可以经得住零下30摄氏度的低温，和37公里时速的大风。图是日本东芝公司的探测机器人，它甚至可以到被核辐射的福岛核电站进行探测去污工作任务。5.娱乐机器人丰田汽车公司的机器人在陈列室中正在演奏乐器。科威特的骆驼竞赛俱乐部，背着机器人骑师的骆驼只在比赛。6.保安机器人在东京举办的一次展览中，一位模拟入侵者躺在遥控保安机器人T-34身边的地上正在网中挣扎，这张网是T-34机器人发射的。T-34的用户可通过该机器人的照相机看到运动的物体图像，并可利用手机控制这种机器人。T-34机器人具有对体温和声音产生反应的传感器，通过遥控可以发射出一张网，捉住入侵者。Dok-Ing公司研发的MVF-5多功能机器人灭火系统正在国际应急管理学会的年会上进行表演。7.人形手机器人在伦敦科学博物馆里，一名观众在和名叫“贝尔蒂”（Berti）的机器人握手。它是跟真人一样大的人形机器人，设计师制造它的目的是模仿人类手势。德国中部汉诺威举行的世界最大规模的高科技展览会CeBIT上观看人形遥控系统“RollinJustin”表演调制速溶茶。8.人脑意念机器人日本本田汽车公司日前开发出一种新技术，可以将大脑思维与机器人相连接，也许将来有一天，像打开汽车行李箱，或控制室内空调这样的举动，都可以由机器人来替我们完成，至于轿车将来有一天是否不用方向盘靠人的思维自动驾驶。将一个人想象四个简单动作时（如移动右手、移动左手、跑步和吃饭），可阅读头皮上电流模式以及大脑血流变化的技术。分析了此类思维模式，然后通过无线方式把信息传输给人形机器人阿西莫（Asimo），阿西莫对大脑信号作出回应动作。任务五机器人运动会目录CONTENTS日本Schaft公司机器人HRP-2波士顿动力公司的人形机器人AtlasNASA喷射推进实验室的机器人RoboSimian日本Schaft公司机器人HRP-2在爬梯维吉尼亚理工大学的机器人Thor试图将喷嘴连接到墙上美国一间科技公司的机器人Chiron在刚落下帷幕的2014年消费电子展（CES）中，机器人技术展区在互联网上吸引了大量的眼球。21家顶级的机器人公司参加了展会，有很多看点，表是CES2014五个最热门的机器人。任务六机器人的未来目录CONTENTS机器人正经历一个神奇的时代，未来会更加精彩。依据来自一些机器人行业的长期观察员，包括自动化领域和Hizook（著名的机器人博客），认为：3D遥感、协作机器人、云机器人、力控制下的柔顺驱动器、基于智能设备机器人、无人驾驶汽车、无人机、网真机器人、仿生学等将会是机器人技术的大趋势。1、云