智能机器人

智能机器人摘要：能机器人之所以叫智能机器人，这是因为它有相当发达的“大脑”。

在脑中起作用的是中央计算机，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。

最主要的是，这样的计算机可以进行按目的安排的动作。

正因为这样，我们才说这种机器人才是真正的机器人，尽管它们的外表可能有所不同。

本文主要介绍智能机器人的技术、分类、发展及在未来发展中的问题。

关键词：智能机器人技术分类发展问题0引言到目前为止，在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。

大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。

感觉要素包括能感知视觉、接近、距离等的非接触型传感器和能感知力、压觉、触觉等的接触型传感器。

这些要素实质上就是相当于人的眼、鼻、耳等五官，它们的功能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声波传成器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。

对运动要素来说，智能机器人需要有一个无轨道型的移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。

它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。

在运动过程中要对移动机构进行实时控制，这种控制不仅要包括有位置控制，而且还要有力度控制、位置与力度混合控制、伸缩率控制等。

智能机器人的思考要素是三个要素中的关键，也是人们要赋予机器人必备的要素。

思考要素包括有判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。

这些智力活动实质上是一个信息处理过程，而计算机则是完成这个处理过程的主要手段。

智能机器人作为运用到多方面前沿知识的高科技领域，将在我们的生活中发挥越来越大的作用。

1关键技术智能机器人是近年来比较热门的一个研究，涉及机械，电子、感应器、计算机、多媒体、网络技术等多种先进技术，还涉及反应式行为的感知和编程技术，以及多智能体群体之间的协调和控制等问题。

特别是随着计算机技术的发展进步，使得机器人智能化程度逐步增强。

1.1人工智能人工智能是智能机器人的核心技术。

人工智能在计算机上实现时有2种不同的方式。

一种是采用传统的编程技术，使系统呈现智能的效果，而不考虑所用方法是否与人或动物机体所用的方法相同。

这种方法叫工程学方法（Engineering approach），它已在一些领域内作出了成果，如文字识别、电脑下棋等。

另一种是模拟法（Modeling approach），它不仅要看效果，还要求实现方法也和人类或生物机体所用的方法相同或相类似。

本书介绍的遗传算法（Generic Algorithm, 简称GA）和人工神经网络（Artificial Neural Network,简称ANN）均属后一类型。

遗传算法模拟人类或生物的遗传-进化机制，人工神经网络则是模拟人类或动物大脑中神经细胞的活动方式。

为了得到相同智能效果，两种方式通常都可使用。

采用前一种方法，需要人工详细规定程序逻辑，如果游戏简单，还是方便的。

如果游戏复杂，角色数量和活动空间增加，相应的逻辑就会很复杂（按指数式增长），人工编程就非常繁琐，容易出错。

而一旦出错，就必须修改原程序，重新编译、调试，最后为用户提供一个新的版本或提供一个新补丁, 非常麻烦。

采用后一种方法时，编程者要为每一角色设计一个智能系统（一个模块）来进行控制，这个智能系统（模块）开始什么也不懂，就像初生婴儿那样，但它能够学习，能渐渐地适应环境，应付各种复杂情况。

这种系统开始也常犯错误，但它能吸取教训，下一次运行时就可能改正，至少不会永远错下去，用不到发布新版本或打补丁。

利用这种方法来实现人工智能，要求编程者具有生物学的思考方法，入门难度大一点。

但一旦入了门，就可得到广泛应用。

由于这种方法编程时无须对角色的活动规律做详细规定，应用于复杂问题，通常会比前一种方法更省力。

1.2传感器传感器在智能机器人中有着极其重要的作用，它用来作为机器人与外界沟通的关键技术。

它是指那些被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能，并是指按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置的总称。

传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。

如果把计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经系统”，那么传感器就是感知和获取信息的“感觉器官”。

1.3计算机智能机器人之所以能够“智能”，是与计算机的工作所分不开的。

是用计算机模拟人的智能，特别是模拟思维活动。

由于人的思维活动离不开语言,而且人对于某一类问题进行思索和探索解法时,总是需要以关于这一类问题的基本知识(专业知识或常识)作为出发点。

于是，知识表示和机器对自然语言的理解就构成人工智能的两个重要领域。

所谓知识表示，是指将原来用自然语言表示的知识转换成用符号语言表示的，从而可以储存在机器内供机器使用的知识。

人工智能的研究角度有探索法的角度和算法的角度。

通常所说的解题算法是指机械的和总是有结果的方法，而这里所说的算法却是广义的，包括那些机械的而在使用时不一定有结果的算法。

这种方法时常称作半可判定的方法。

人在解决问题时，时常采用探索法。

这种方法具有“试错法”的性质，也就是说，试验若干条途径，一条路走不通时再试另一条，直到问题得到解决时为止。

这便是计算机解决问题的典型办法。

2分类2.1按智能程度分类（1）传感型机器人又称外部受控机器人。

机器人的本体上没有智能单元只有执行机构和感应机构，它具有利用传感信息（包括视觉、听觉、触觉、接近觉、力觉和红外、超声及激光等）进行传感信息处理、实现控制与操作的能力。

受控于外部计算机，在外部计算机上具有智能处理单元，处理由受控机器人采集的各种信息以及机器人本身的各种姿态和轨迹等信息，然后发出控制指令指挥机器人的动作。

目前机器人世界杯的小型组比赛使用的机器人就属于这样的类型。

（2）交互型机器人机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人－机对话，实现对机器人的控制与操作。

虽然具有了部分处理和决策功能，能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等功能，但是还要受到外部的控制。

（3）自主型机器人在设计制作之后，机器人无需人的干预，能够在各种环境下自动完成各项拟人任务。

自主型机器人的本体上具有感知、处理、决策、执行等模块，可以就像一个自主的人一样独立地活动和处理问题。

机器人世界杯的中型组比赛中使用的机器人就属于这一类型。

全自主移动机器人的最重要的特点在于它的自主性和适应性，自主性是指它可以在一定的环境中，不依赖任何外部控制，完全自主地执行一定的任务。

适应性是指它可以实时识别和测量周围的物体，根据环境的变化，调节自身的参数，调整动作策略以及处理紧急情况。

交互性也是自主机器人的一个重要特点，机器人可以与人、与外部环境以及与其他机器人之间进行信息的交流。

由于全自主移动机器人涉及诸如驱动器控制、传感器数据融合、图像处理、模式识别、神经网络等许多方面的研究，所以能够综合反映一个国家在制造业和人工智能等方面的水平。

因此，许多国家都非常重视全自主移动机器人的研究。

2.2按用途分类在用途上，智能机器人与普通机器人在用途上有许多相似之处，但因其智能性使得它能做更复杂的工作，完成更高级的任务。

（1）工业智能机器人工业智能机器依据具体应用的不同，通常又可以分成焊接机器人、装配机器人、喷漆机器人、码垛机器人、搬运机器人等多种类型。

作为具有智能的工业机器人，他们在很多方面超越了传统机器人。

焊接机器人，包括点焊（电阻焊）和电弧焊机器人，用途是实现自动的焊接作业。

装配机器人，比较多地用于电子部件电器的装配。

喷漆机器人，代替人进行喷漆作业。

码垛、上下料、搬运机器人的功能则是根据一定的速度和精度要求，将物品从一处运到另一处。

在工业生产中应用机器人，可以方便迅速地改变作业内容或方式，以满足生产要求的变化。

比如，改变焊缝轨迹，改变喷漆位置，变更装配部件或位置等等。

随着对工业生产线柔性的要求越来越高，对各种机器人的需求也就越来越强烈。

（2）农业智能机器人随着机器人技术的进步，以定型物、无机物为作业对象的工业机器人正在向更高层次的以动、植物之类复杂作业对象为目标的农业机器人发展，农业机器人或机器人化的农业机械的应用范围正在逐步扩大。

农业机器人的应用不仅能够大大减轻以致代替的人们的生产劳动、解决劳动力不足的问题，而且可以提高劳动生产率，改善农业的生产环境，防止农药、化肥等对人体的伤害，提高作业质量。

但由于农业机器人所面临的是非结构、不确定、不宜预估的复杂环境和工作对象，所以与工业机器人相比，其研究开发的难度更大。

农业机器人的研究开发目前主要集中耕种、施肥、喷药、蔬菜嫁接、苗木株苗移栽、收获、灌溉、养殖和各种辅助操作等方面。

日本是机器人普及最广泛的国家，目前已经有数千台机器人应用于农业领域。

（3）探索智能机器人机器人除了在工农业上广泛应用之外，还越来越多地用于极限探索，即在恶劣或不适于人类工作的环境中执行任务。

例如，在水下（海洋）、太空以及在放射性(有毒或高温等环境中进行作业。

人类借助潜水器具潜人到深海之中探秘，已有很长的历史。

然而，由于危险很大、费用极高，所以水下机器人就成了代替人在这一危险的环境中工作的最佳工具。

空间机器人是指在大气层内和大气层外从事各种作业的机器人，包括在内层空间飞行并进行观测、可完成多种作业的飞行机器人，到外层空间其他星球上进行探测作业的星球探测机器人和在各种航天器里使用的机器人。

（4）服务智能机器人机器人技术不仅在工农业生产、科学探索中得到了广泛应用，也逐渐渗透到人们的日常生活领域，服务机器人就是这类机器人的一个总称。

尽管服务机器人的起步较晚，但应用前景十分广泛，目前主要应用在清洁、护理、执勤、救援、娱乐、和代替人对设备维护保养等场合。

国际机器人联合会给服务机器人的一个初步定义是，一种以自主或半自主方式运行，能为人类的生活、康复提供服务的机器人，或者是能对设备运行进行维护的一类机器人。

2.3按形态分类（1）拟物智能机器人仿照各种各样的生物，日常使用物品，建筑物，交通工具等做出的机器人，采用非智能或智能的系统来方便人类生活的机器人。

比如：机器宠物狗“爱宝”（Aibo），六脚机器昆虫，轮式、履带式机器人。

（2）仿人智能机器人模仿人的形态和行为而设计制造的机器人就是仿人机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。

机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状和功能，如步行机器人、写字机器人、奏乐机器人、玩具机器人等。

而仿人机器人研究集机械，电子，计算机，材料，传感器，控制技术等多门科学于一体，代表着一个国家的高科技发展水平。

3发展智能机器人的开发研究取得了举世瞩目的成果。