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智能机器人
¾ 概述
¾ 体系结构
¾ 视觉系统
¾ 路径规划
¾ 细胞自动机
¾ 情感机器人
机器人
¾ 是具备一些与人或生物相似智能的自动化机器
¾ 是感知、决策、行动和交互技术的结合
¾ 向人类活动的各个领域渗透(有不同任务和特殊适应性)
- 水下,医疗,军用,太空,娱乐,家庭等
¾ 外观可以是仿人的,也可以是仿动物的,或仿细胞的
机器人
¾ 美国60、70年代重视理论研究,80年代中后期重视应用
(生产带有视觉和力觉的第二代机器人)
¾ 日本1967年引进美国机器人,试制成功,80年代中期成
为“机器人王国”
¾ 三个阶段
- 工业机器人(按固定程序工作)
- 初级智能机器人(具有人的感受、识别、推理和判断
能力,可按照人给定的原则修改程序)
- 高级自律机器人(通过学习总结经验来修改程序)
体系结构
¾ 指机器人系统的智能、行为、信息和控制的时空分布模
式,按时间先后出现以下几种结构
- 分层递阶结构、包容结构、三层结构
- 自组织结构
- 分布式结构
- 进化控制结构
- 社会机器人结构
- 认知机器人结构
体系结构
¾ 分层递阶结构,其分层原则是随着控制精度的增加而智
能减少,分为组织级、协调级和执行级
¾ 通过自上而下任务逐层分解,问题求解精度逐层提高
¾ 典型代表
-SPA:感知(环境建模),规划(环境+任务),执行
- NASREM:严格按时间和功能分成信息处理、环境建
模、任务分解3列和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、总任务6层
体系结构
¾ 包容结构是基于行为或基于情境的反应式结构
- 每个控制层直接基于传感器的输入进行决策
- 各层间的通信量极小,在局部行动上反应灵活
- 但缺少全局性控制
体系结构
¾ 三层结构是分层递阶和包容结构的混合结构,保持高层
规划的智能性和低层反应的灵活性
- 由反馈控制层、慎思规划层和序列层构成
- 序列层维护状态信息(反映环境的过去)、控制层处
理传感信息(面对环境的现在)、慎思层规划推理(预
测环境的将来)
- 但忽视传感信息融合和环境建模(空间)
体系结构
¾ 自组织结构由一组分布式功能模块和一个集中命令仲裁
器组成
- 各功能模块通过规划或反应方式自主产生行为(投
票),由仲裁器产生目标导向的动作到控制器
- 通过分布投票、集中仲裁且动态改变表决权的方式实
现结构变化,来表现出自组织能力
- 但仲裁机制成为瓶颈
体系结构
¾ 分布式结构由处理不同类型知识的3个部分组成:符号
组件、图解组件和反应组件
- 每个组件由多个具有特定认知功能的、可以并发执行
的Agent构成的专家组
- 各组件没有层次高低之分,相互间通过信息交互进行
协调
- 各Agent具有极大的自主性和交互性
- 但每个Agent对要完成的任务拥有不全面的信息或能力
- 适用于多机器人群体
体系结构
¾ 进化控制结构将进化计算理论与反馈控制理论相结合,
很好地解决移动机器人的学习与适应能力方面的问题
- 2000年蔡自兴提出基于功能/行为集成的自主式机器人
进化控制体系结构,既具有基于行为的系统的实时性,
又保持基于功能的系统的目标可控性,同时具有自学习
能力(先验知识,历史经验和当前环境)