智能机器人技术及应用何克忠清华大学计算机科学与技术系、智能技术与系统国家重点实脸室教授苦拐昙蕊畏孟.’奋票篇分成人帆接口计,帆暨扭圆·故褪定自协二I挂鑫翻易竹t.位扭二谈一菠圃·匆翔度汁计’擂做”肠史白息砚·盘盆贾蕊.帆.度仪·劣,益欲甘像盆赞称皿.汁:君钱簇宁界盆赞泽日角仅胜翻移晌住砚计挤倪二式抢式足式智能机器人的结构图业。为了使手臂动作灵巧,手上装有接近觉,接触觉,力觉和位置等传感器,利用这些传感器信息,控制手臂的动作。3.移动装置。机器人活动范围广泛,地形复杂,因而它需配置各式移动装里,移动装置有履带式,轮式,足式,轮、足混合式以及蠕动式,吸盘式等形式。为能确切知道机器人当前的位置,移动装置上需装有定位系统,包括里程计,测角仪,速度仪,加速度计等。全球卫星定位系统GSP可以给出当前智能机器人在地球座标中的位置,运动速度,加速度,运动方向和时间等信息。4.视觉信息系统。用一台摄像机可以检测、识别障碍物的位置和大小,用二台摄像机可进行三维世界的距离测量,得到三维视觉图像。现在用得比较多的视觉信息系统是激光雷达。超声(或红外)测量系统也能使智能机器人了解周围环境,看到障碍物的大小或远近。视觉信息系统使机器人像人眼一何谓智能机器人智能机器人是一类以知识为基础,具有思维决策,理解目的,理解环境,制定行动规划的机器人,这类机器人类似于人类,能够根据目的(或任务)要求、当前所处状态、周围环境状况,经过思维、推理和判断,制定出行动规划,最终达到目标。智能机器人的结构如上图所示。智能机器人由以下几个部分组成:1.中央计算机。包括计算机及它与其他部分连接的输人愉出接口(1/0)。计算机需配置大量软件,如各类知识库、数据库、功能模块以及数据表。中央计算机类似人的大脑,具有思维、判断、决策的能力,2.多关节机械手。机械手用来完成机器人的作样,能够看到周围的环境,建立环境模型。5.人一机接口。人一机接口用于人与智能机器人之间传递信息,交换数据。一方面人们通过人一机接口向智能机器人发送指令,这些指令方式有机器人语言方式,图形数据方式,数据通信方式(有线或无线通信)和语音(自然语言)方式。另一方面智能机器人也通过人一机接口显示智能机器人理解的目的,要求达到的目标,理解的环境,环境模型,智能机器人当前的状况,行动规划结果,动作执行情况,机器人当前的状态和参数等。6.自诊断和报警模块。依靠此模块智能机器人能进行自我诊断,并及时发出事故警报。智能机器人的功能包括思维决策,目的理解,环境理解,行动规划和人一机交互。思维决策是以知识为基20科考申耐人础,对事件进行思考,推理,判断和决策。目的理解是使用知识,正确地理解人们使用的语言(高级语言,尽可能是自然语言)或图表数据等提示的目的,明确要求达到的目标。环境理解是分析情景,识别各个物体,建立环境模型。行动规划是为了达到目标(由目的理解得到),从初始状态(由环境理解得到)出发,规划出行动序列。如果存在多个解答,就是选择合适的评价函数(如路径最近,时间最短,代价最少等)确定最佳行动序列。如果在行动过程中出现了未预想到的状况,行动规划就要不断地理解环境和规划行动,这种情况称为“重规划”。人一机交互是人与机器人之间传递信息,文换数据。智能机器人发展概况智能机器人的研究最有代表性的是自主或半自主的地面车辆研究。这方面美国开始得最早,投入的经费最大,组织的力量最强。1983年,美国国防高级研究计划局(DARPA)制定了一项“战略计算机计划(ScP)”,打算在10年内投资10亿美元,建立以高科技为基础的现代国防。DARPA为陆海空三军选择了三个应用项目,作为突破口。陆军的项目就是自主地面车辆(AVL)。AVL计划的目标是研制出一台智能车辆,可以在崎峨的地形上沿规划的路线自主导航及躲避障碍,必要时重新规划其路线。1984年DARPA与总承包商签订了研制ALV的五年合同,经费170万美元,共组织了17所著名大学及公司进行攻关。198年AVL在设有随机降碍的公路上以20公里/小时的速度行驶了20公里;1989年利用路标识别,在较平坦的越野环境中AVL以10公里/小时的速度,行驶了20公里,并进行了由公里网驶人无路野外地区,再返回公路网的棍合行驶试验。近年来DAR以特别注重基础技...
