人工智能在机器人领域的应用

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1、人工智能的应用课程：人工智能专业班级：计科11001班学 号：201003647姓 名： 刘雄报告日期：2013-5-29人工智能在智能机器人领域中的应用在现代的工业制造，航空航天，交通矿业等领域，机器人越来越发挥着重要 的作用。一些日本的专家预测，到2010年，只有5%的体力劳动需要由人来完成， 其余大量的体力劳动要由机器人来承担。随着机器人的普及，机器人安全，规划， 控制等领域也日益承受着巨大的挑战。那何谓人工智能呢？“人工智能”(Artificial Intelligence)简称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。人们认为“人

2、 工智能”是计算机科学技术的前沿科技领域。因此，“人工智能”与计算机软件有密 切的关系。人工智能是“类人”机器人所需要的算法和技术，也就是说我们研究的 主题是高级智能的本质，而不是其外在表现和辅助部件。一方面,各种人工智能 应用系统都要用计算机软件去实现，另一方面,许多聪明的计算机软件也应用了人 工智能的理论方法和技术。例如，专家系统软件，机器博奕软件等。但是，“人工智 能”不等于“软件”，除了软件以外，还有硬件及其他自动化的通信设备。人工智 能是从思维、感知、行为三层次和机器智能、智能机器两方面研究模拟、延伸与 扩展人的智能的理论、方法、技术及其应用的技术学科。例如，用计算机打印常用的报表，

3、进行一些常规的文字处理，都是程序化的操 作,谈不上有智能。但是，用计算机给人看病，进行病理诊断和药物处方，或者，用 计算机给机器看病，进行故障诊断和维修处理，就需要计算机有人工智能。人工智 能学科领域中有一个重要的学科分支是“专家系统(Expert System),简称代 写论文ES。就是用计算机去模拟、延伸和扩展专家的智能。基于专家的知识和 经验，可以求解专业性问题的、具有人工智能的计算机应用系统。如：医疗诊断专 家系统，故障诊断专家系统等。人工智能要解决的问题主要是以下几个方面：一、识别过程，外界输入的信息向概念逻辑信息转译，将动态静态图像、声 音、语音、文字、触觉、味觉等信息转化为形式化

4、(大脑中的信息存储形式)的 概念逻辑信息。二、智能运算过程，输入信息刺激自我学习、信息检索、逻辑判断、决策， 并产生相应反应。三、控制过程，将需要输出的反应转译为肢体运动和媒介信息。实用机器人在第三个方面做得比较多，而识别和智能运算是很弱的，尤其是 概念知识的存储形式、逻辑判断和决策这些方面更是鲜有成果，这正是人工智能 要重点解决的问题。在机器人控制中常用的智能控制方式是模糊控制。如图1所示。图1:机器人控制中的模糊控制十几年来，用神经元网络来控制机器人变得非常流行从控制的角度来考虑， 神经元控制具有如下一些特性：(1) 分布式的非线性。(2) 从经验进行学习的能力。(3) 强壮的平行多处理能

5、力。(4) 在尚未进行训练情况下的表现。常见的神经元机器人控制器如图2所示。图2：神经元机器人控制器神经元网络采用不同的结构可用于不同的应用，因此它引起了人们广泛的兴 趣。从控制的角度来看，神经元网络在非线性控制方面的表现是最突出的。由于 神经元网络不是基于模型的，因此他被看作是机器人传统控制之外的另一个可行 的控制方法。他可以模拟人类的思维方式。在机器人控制方面，神经元网络还有 一些很特别的优点。它可以被训练来进行运动学的正解和逆解。可以来表示n 个关节的机械臂的各种输人与输出关系。关于用神经元网络控制机械臂，许多人 已经进行的大量的研究。人工智能在智能机器人中应用所要经过的过程为：1、人工

6、智能实体将首先 在精确思维能力上超过人，然后在模糊思维能力上超过人。2、由于创造力是个 性化的产物，较高的创造力不是复制及经验的吸收所能产生的，它需要通过个性 化的学习来获得，而个性化的学习不是短时间内所能完成的，因而人工智能实体 在创造力上全面超过人将需要较长的时间。一旦人工智能实体的创造力超过人其 智力水平也就能远远超过人。不难看出，不久的将来，“智能机器人”将在工业、服务业、军事、航空航 天等领域发挥越来越重要的作用。今天，尽管我们的机器人已经具备了一定的智 能，但距离真正的“智能机器人”还有相当大的差距。随着生理学，行为学等学 科的发展，随着我们对人脑的工作方式的理解进一步的加深，随着

7、机器视觉和自 然语言理解等人工智能领域在机器人上的应用，机器人终将成为真正意义上的 “智能机器人”。这是充满了生机与活力科研领域。研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以 及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工 业领域得以应用。随着机器人技术的不断发展，工业领域的焊接、喷漆、搬运、 装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、 医疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。从机器人的用途来分，可以分为两大类：军用机器人和民用机器人。军用机器人主要用于军事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险等工作。 根据

8、不同的作战空间可分为地面军用机器人、空中军用机器人（即无人飞行机）、 水下军用机器人和空间军用机器人等。军用机器人的控制方式一般有自主操控 式、半自主操控式、遥控式等多种方式。在民用机器人中，各种生产制造领域中的工业机器人在数量上占绝对多 数，成为机器人家族中的主力军；其它各种种类的机器人也开始在不同的领域得 到研究开发和应用。总体看来，若按用途分，民用机器人可以分为以下几个主要 类别：工业机器人制造工业部门应用机器人的主要目的在于削减人员编制和提高产品质量。机 器人无论是否与其它机器一起运用，与传统的机器相比，它具有两个主要优点：1. 生产过程的几乎完全自动化。2. 生产设备的高度适应能力。

9、现在工业机器人主要用于汽车工业、机电工业（包括电讯工业）、通用机 械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其它重型工业和轻工业部门。机器人的工业应用分为四个方面，即材料加工、零件制造、产品检验和装配。 其中，材料加工往往是最简单的。零件制造包括锻造、点焊、捣碎和铸造等。检 验包括显式检验（在加工过程中或加工后检验产品表面图像和几何形状、零件和 尺寸的完整性）和隐式检验（在加工中检验零件质量上或表面上的完整性）两种。 装配是最复杂的应用领域，因为它可能包含材料加工、在线检验、零件供给、配 套、剂压和紧固等工序。在农业方面，已把机器人用于水果和蔬菜嫁接、收获、 检验与分类，剪羊毛和挤牛奶等。这是一个潜在

10、的产业机器人应用领域。服务机器人在一些科幻影片、电视片或影碟中，多少具有外形的机器人常被用来协助或 代替人去执行人不乐意做或危险和困难的任务。今天在现实生活中能够看到的最 接近于人类的机器人可能要算家用机器人了。家用机器人能够清扫地板而不碰到 家具。不过它的价格目前还较高，影响到它的推广应用。随着家用机器人造价的 大幅度降低，它将获得日益广泛的应用。服务机器人尚处于开发及普及的早期阶段，目前国际上对它还没有普遍 承认的严格定义，它的定义是由操作型工业机器人引伸而来的。根据国际机器人 联合会（IFR）采用的初步定义，所谓服务机器人是一种半自主或全自主工作的 机器人，它完成的是有益于人类健康的服务

11、工作，但不包括那些从事生产的设备。 另一种定义把服务机器人看做一种可自由编程的移动装置，它至少有三个运动 轴，可以部分地或全自动地完成服务工作。这些服务工作为个人或单位完成的， 不指工业生产服务。根据这个定义，操作型工业机器人也可以看作是服务机器人，如果它们装备在 非制造业的话。服务机器人往往是可以移动的（并非总是移动的）。在某些情况 下，服务机器人是由一个移动平台构成，在它上面装有一只或几只手臂，其控制 方式与工业机器人手臂的控制方式相同。研制用来为病人看病、护理病人和协助病残人员康复的机器人能够极大地改善 伤残疾病人员的状态，以及改善瘫痪者（包括下肢及四肢瘫痪者）和被截肢者的 生活条件。医

12、用机器人已应用于下列几方面：（1）诊断机器人，即配备有医疗诊断专家系统的机器人（2）护理机器人，是一些具有丰富护理经验的机器人护士或护师。（3）伤残瘫痪康复机器人，包括假肢、矫形以及遥控等技术。（4）家用机器人，机器人已开始进入家庭和办公室，用于代替人从事清扫、洗 刷、守卫、煮饭、照料小孩、接待、接电话、打印文件等。酒店售货和餐厅服务 机器人、炊事机器人和机器人保姆已不再是一种幻想。（5）娱乐机器人，包括文娱歌舞和体育机器人。（6）医疗手术机器人近年来有所突破。服务机器人还有送信机器人、导游机器人、加油机器人、建筑机器人、农业 及林业机器人等。其中，爬壁机器人既可用于清洁，又可用于建筑。中国作

13、为亚洲第三大的工业机器人需求国，市场发展稳定，汽车及其零部件 制造仍然是工业机器人的主要应用领域，随着我国产业结构调整升级不断深入和 国际制造业中心向中国的转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速 度也会进一步提高。近年来，我们在研究文化创造性产业时，发现国外正在兴起一个与文化产业、 科学技术有紧密关系的未来产业一一机器人的研究、开发及制造，参与者除了传 统从事学术研究的科技工作者、大学研究梯队、企业产品的专门研究人员之外， 更有一大批的青少年积极加入此一新兴的科学技术新潮流之中。中国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支 持已经取得了较大进展,工业机器人市场

14、也已经成熟,应用上已经遍及各行各业， 但进口机器人占了绝大多数。我国在某些关键技术上有所突破，但还缺乏整体核 心技术的突破，具有中国知识产权的工业机器人则很少。目前我国机器人技术相 当于国外发达国家20世纪80年代初的水平，特别是在制造工艺与装备方面，不能 生产高精密、高速与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机器人技术有： 数控机床关键技术与装备、隧道掘进机器人相关技术、工程机械智能化机器人相 关技术、装配自动化机器人相关技术。现已开发出金属焊接、喷涂、浇铸装配、 搬运、包装、激光加工、检验、真空、自动导引车等的工业机器人产品，主要应 用于汽车、摩托车、工程机械、家电等行业。我国机器人技术

15、主题发展的战略目标是:根据2l世纪初我国国民经济对先 进制造及自动化技术的需求，瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发 工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发 展的重点有:第一，危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星 球检测、油汽管道等机器人;第二，医用机器人:主要有脑外科手术辅助机器人， 遥控操作辅助正骨等;第三，仿生机器人:主要有移动机器人，网络遥控操作机器 人等。其发展趋势是智能化、低成本、高可靠性和易于集成机器人的发展前景从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块 化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构

16、的模块化和可重构化；控制技 术的开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合 技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化 等方面。机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是人造机器的“终极”形 式。它涉及到机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通讯与网络 等多个学科和领域，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多 学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：1工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修）， 而单机价格不断下降。2机械结构向模块化可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、

17、 检测系统三位一体化；有关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人。3工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化， 网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统 的可靠性、易操作性和可维修性。4机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传 感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成 熟应用。5机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新 型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机 器人产业向解决方案

18、业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为灵活 应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。机器人结构越来越灵巧， 控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。随着我国经济的快速发展，我国工业机器人的市场将不断扩大，这一点无容 置疑。这也从另一个侧面说面了为什么世界各大机器人公司纷纷登陆中国市场。市场有了，但多是国外的，拥有了自主知识产权的机器人还很少，这一 点要引起我们的高度重视。一方面国家要对国产工业机器人给予更多的扶持；另 一方面也望企业使用国产机器人给国产工业机器人行业一个机会。由于国产工业机器人的功能已经与国外相当，只要有批量，一定能够造就一 个或几个中国品

19、牌的工业机器人。在我国，工业机器人市场份额大部分被国外工业机器人企业占据着。在国际 强手面前，国内的工业机器人企业面临着相当大的竞争压力。如今我国正从一个 “制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分 工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的 资金投入和政策支持，将会给工业机器人产业发展注入新的动力。参考文献：【1】智能化焊接机器人技术一一机械工业出版社出版基金资助项目 陈善 本、林涛等编著机械工业出版社出版【2】机器人技术及其应用一一高等学校机械电子工程规划教材 华南理工大 学 谢存禧 张铁 主编 机械工业出版社出版【3】机器人探索一一工程实践指南（国外计算机科学教材系列）【美】Fred G.Martin著刘荣等译宗光华审校 电子工业出版社【4】机器人学：控制、传感技术、视觉、智能/ （美）付京逊,R.C.冈萨雷 斯,C.S.G.李著中国科学技术出版社1989年【5】机器人技术导论/ （法）科依费特，F.,奇罗兹,M.著国防科技大学出 版社1991年【6】机器人概论/ （）霍兰（HollandJ.M.）著 新世界出版社1985年【7】顾震宇.全球工业机器人产业现状与趋势II.机电一体化.2006年