机器人技术及其应用

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1、人工智能与机器人简析摘要:目前，机器人学和人工智能已作为两个不同的学科，各自发展着，均取得了很好的成果。同时在一些领域，二者又相互结合，并取得了很好的效果。本文简要分析了机器人的发展史，对近些年来国内外人工智能在机器人领域的应用做了一个比较全面的总结；在简要介绍特种机器人能力局限性的基础上，阐述与特种机器人紧密相关的几项人工智能的研究内容，并进一步展望了人工智能在特种机器人中应用的发展趋势，同时还提出了一些设想和前景。关键词：机器人、人工智能、智能控制、专家系统1　引言信息技术课程，作为适应信息时代的一门新兴学科，其基本思想是通过对信息的获取、加工、管

2、理、传播的技术、方法等知识与技能的学习、应用和创新，从而培养和提高学习者的信息素养和创新素质。人工智能与机器人科学，融合了计算机、机械、电子、通讯、控制等声、光、电、磁多个学科领域的知识，其核心是目前被称为前沿科学的人工智能理论和技术，因此，这门课程对学生的知识结构将是一种多学科整合的建构。另一方面，智能机器人的基本特征是感知—判断—决策—行动，即获取环境的直接信息，然后经过分析判断，进而做出反馈或行动。自机器人诞生之初人类便一直存在着“机器人恐惧症”的想法，但机器人真的能征服地球了吗？真正伤脑筋的，是所谓的“人工智能”。但在担心机器人比人类聪明使人类

3、失去存在的必要，或是机器人奴隶反抗人类主人之前，我们先要问的是，人工智能有可能吗？他们的发展又如何呢？让我们一起来简析探讨。2　机器人发展简史最早的“机器人”顶多只能算是结构精密的自动化机械，就像你不会称一个时钟为机器人一样。那时的机械以现代的角度来说也称不上是机器人，但想象古希腊人看到希洛（HeroofAlexandria）或阿加扎利（Al-jazari）所做的精巧自动机器（称为Automaton）时，他们的感觉恐怕和我们第一次看到iPhone的感觉差不多吧。而“人形机器人”的概念来自大发明家（兼科学家、数学家、工程师、人体解剖学家、画家、雕塑家、建

4、筑师、植物学家、音乐家和左手倒着写字专家）达文西，他的众多草稿中，就包括一个内含机械构造的武士盔甲。就像大部份达文西草稿内的东西一样，没人知道在当时有没有人做出这么个机器人来，但看机械，似乎会站会坐、会挥手，嘴巴还会动呢！真正意义上的机器人出现于1959年。美国人英格伯格和德沃尔研制出世上第一台工业机器人。这台机器人外形像一个坦克的炮架，基座上有个可转动的大机械臂，该臂上又伸出一个可伸缩和转动的小机械臂，能进行一些简单操作，代替人做一些诸如抓放零件的工作。经过了40年的发展，机器人获得了很大的发展——无论在数量还是质量上，这呈现了各门科学技术相互融会贯

5、通的结果。3　近年来国内外人工智能在机器人领域中的应用及发展在过去的几十年，机器人控制理论得到了极大的发展。国内外专家学者做出了许多有益的尝试，取得了丰硕的成果。然而，大多数控制方法需要合适的数学模型。但由于机器人动力学的非线性、时变性、多关节强藕合及变惯量等复杂性，不仅其数学模型的参数，就连数学模型的类型都很难准确确定。由在线进行系统辨识的方法确定的动态数学模型将随着负载和机器人型位的变化而不断变化。其巨大的计算量使这种方法根本无法应用到实际中去。因此在实际应用中，我们看到最多的应用还是PI，PD和PID控制。另一方面，人类的操作员在执行相似任务的时

6、候并不需要知道什么数学模型，却能够执行得很好。因此，采用一种方式模拟人类的行为而不需要大量的数学计算的控制方法自然而然地被提出来，这就是所谓的智能控制。智能控制涉及到人工智能的多个领域，包括专家系统、神经元网络以及模糊控制等。纯粹采用专家系统的智能控制系统将会免去大量复杂的计算，从而极大地提高系统的整体反应速度。然而，基于规则的系统也有它的弱点，为了使系统能够处理各种异常情况，系统的规则将是非常复杂的。即使如此，也很难将所有情况都考虑进去，因此，专家系统与常规控制相结合的形式是比较具有实用性的。如中科院的隋清，马颂德等将专家系统与PID控制相结合，取得

7、满意的效果。还有人使用专家系统来决定系统辨识模型，选择故障诊断工具等。图1是典型的专家系统与普通控制器相结合的方式。其中控制器可以是简单的PID控制器，也可以是不同的系统辨识工具，故障诊断工具等。图1那要怎样做，才能让机器人有接近人类的智慧和能力？目前有两派的做法。一派称为“上到下”，另一派是“下到上”。上到下的这一派，认为人工智能，就是将所有机器人该知道的事以“规则”的方式写进机器人的内存里（向阿西莫夫致敬），发现机器人哪里不行，就补充进去，直到完善为止。深蓝是这样，前阵子Darpa大挑战赛也是。这种方式的问题呢？机器人还是没有学习能力。自然，随着规

8、则愈来愈多，机器人会愈来愈像有智慧的样子，但反过来说，只要一碰到规则之外的状况，或是对规则理解