第11章智能机器人

第十一章智能机器人人工智能概论目录智能无人装备智能技术应用机器人与行为智能人工智能相关概念机器人与行为智能ISO（InternationalOrganizationforStandardization，国际标准化组织）采纳了美国机器人协会对机器人的定义：一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作的专门系统。人工智能基础这个定义中有4个关键概念对发展智能机器人学的研究具有重要意义：①机器；②复杂的动作；③自动；④能够通过计算机编程实现。机器人与行为智能智能技术应用随着社会的发展，人们的需求也不断增多，对智能机器人的要求也越来越高。许多人工智能技术已经应用到智能机器人中，提高了机器人的智能化程度。事实上，几乎所有人工智能技术都可在机器人上集成和使用。同时，智能机器人是人工智能技术的综合试验场，可以全面检验人工智能技术的实用性，促进人工智能理论与技术的深入研究。智能技术应用机器人智能感知实现智能机器人的首要条件是使机器人具有智能感知能力。传感器是能够感受并按照一定规律将其变换成可用输出信号的器件或装置，是机器人获取信息的主要部分，类似于人的五官。按仿生学观点，如果把计算机看成处理和识别信息的大脑，把通信系统看成传递信息的神经系统，那么传感器就是感官。传感技术则是从环境中获取信息并对之进行处理、变换和识别的多学科交叉的现代科学与工程技术，涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造/建造测试、应用及评价等。智能技术应用机器人智能导航随着信息科学、计算机、人工智能和现代控制等技术的飞速发展。人们尝试采用智能导航的方式来解决机器人运行的安全问题，使机器人能够顺利地完成各种服务和操作（如安保巡逻、物体抓取）。机器人智能导航是指机器人根据自身传感系统对内部姿态和外部环境进行感知，通过对环境信息的识别列出最优或近似最优的路径，实现与障碍物无碰撞的安全运动。机器人自主智能导航系统的主要任务是：把感知、规划、决策、动作等模块有效地结合起来，从而完成指定的任务。机器人智能导航主要有惯性导航、视觉导航、卫星导航等。不同的导航方式适用的环境不同，如室内环境和室外环境、简单环境和复杂环境等。智能技术应用机器人智能路径规划路径规划技术主要是指利用最优路径规划算法找到一条可以有效避开障碍物的最优路径。根据机器人对环境的掌控情况，机器人智能路径规划可以分为基于地图的全局路径规划、基于传感器的局部路径规划、基于地图和传感器的混合路径规划3种智能技术应用机器人智能运动控制智能运动控制是控制理论发展的高级阶段，主要用来解决复杂系统的运动控制问题。智能运动控制研究的对象通常具有不确定数学模型以及复杂的任务要求。目前，机器人的运动控制与操作包括运动控制和操作过程中的精细操作与遥控操作。随着传感技术以及人工智能技术的发展，智能运动控制和智能操作已成为机器人控制的主流技术。PID（proportional,integral,anddifferential，比例、积分和微分）控制算法控制结构简单，参数容易调整，易于实现，而且具有较强的健壮性，因此，被广泛应用于工业过程控制及机器人运动控制中。智能技术应用机器人智能交互随着机器人技术的发展，机器人智能交互技术使得人们可以用语言、表情、动作或者可穿戴设备等与机器人进行自由的信息交流。智能技术应用随着社会的发展，人们的需求也不断增多，对智能机器人的要求也越来越高。许多人工智能技术已经应用到智能机器人中，提高了机器人的智能化程度。事实上，几乎所有人工智能技术都可在机器人上集成和使用。同时，智能机器人是人工智能技术的综合试验场，可以全面检验人工智能技术的实用性，促进人工智能理论与技术的深入研究。无人机智能无人装备无人飞行器定义与类型无人飞行器一般被称为“无人机”，是“无人驾驶飞行器”（unmannedaerialvehicle，UAV）的简称。无人机是一种机上无人驾驶、由自动程序控制飞行和无线电遥控引导飞行、具有执行一定任务的能力、可重复使用的飞行器。它与其他类型的机器人类似，也可以通过人机协作或者一定的自主方式完成任务，因此，也是一种可以通过遥控或自主飞行完成一定任务的飞行机器人无人机智能无人机人工智能技术的应用使无人机与其他机器人一样，向着智能化方向飞速发展。图像识别、机器视觉、深度学习、强化学习等方法成为提升无人机智能性的重要技术，它们对无人机发展的影响主要体现在3个方面：单机智能飞行、任务自主智能、多机智能协同。智能无人装备无人机（1）单机智能飞行单机智能飞行涉及环境感知与规避技术，包含传感器探测、通信和感知，以及信息融合与共享、环境自适应、路径规划等技术，涉及的很多问题都需要利用很多人工智能技术来解决。另外，智能飞行技术要解决开放性、自主性和自学习等方面的问题。（2）任务自主智能无人机任务自主智能和无人驾驶汽车的自主智能是异曲同工的，目的都是实现自主驾驶。例如，目前的无人机在执行任务时，还需要依靠技术人员通过屏幕远程操作，才能识别、跟踪目标，未来无人机如果能够自行识别、跟踪甚至打击目标，则其在军事应用方面将更具价值。（3）多机智能协同在多机智能协同执行任务的过程中，多个无人机之间需要相互通信、保持距离、编队或保持一定队形，甚至有时候还需要根据任务变化自行协同变更策略与飞行路径等。因此其在路径规划等技术方面和单机都是不一样的。多机智能协同更多地会借鉴鸽子、大雁等鸟类以及蜜蜂等昆虫的生物群体智能来实现一些群体协同功能。智能无人装备无人车功能型无人车颠覆传统汽车形态，不具有人类驾驶机构，构型多样灵活且创新多变，是汽车、互联网、机器人等产业交叉融合的新形态产物。作为智能网联车辆的重要组成部分，功能型无人车可自主执行物流、运输、配送、巡逻、零售、清扫、接驳、救援、侦察等各类功能型任务。功能型无人车关键技术与传统智能网联汽车的相通，但由于其自身特征，在车辆架构、功能任务设计、云端平台调度等核心技术上具有独特技术特点。智能无人装备智能无人装备作为一种水面自主平台，搭载相应任务载荷的无人船相对传统载人船而言，其优势在于灵活机动、安全、隐蔽性强、运维费用低，未来发挥作用的场景主要包括以下3种：①代替从业者执行劳动强度大、安全风险高的工作；②代替从业者执行重复性、长周期的工作；③取代部分施工成本高、人力投入大的工作模式或方法。无人船是无人水面航行器（unmannedsurfacevehicle）的简称。广义的无人船是指一种可执行某类指定任务，并基于任务目的进行功能、性能设计的水面机器人；狭义的无人船则是指具有一定机动能力的水面自主、半自主、遥控搭载体。无人船