Artificial Intelligence 07

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1、ArtificialIntelligence人工智能Prof.DongHongye董鸿晔教授donghy001@163.com第7章智能机器人7.1智能机器人的感知信息收集信息融合视觉语言理解7.2智能机器人的决策规划典型的规划系统7.3智能机器人的动作控制语音与表情7.4智能机器人的交互多机器人系统仿真实验系统人工智能的一个长期目标在人工智能领域一个活跃的研究方向就是对智能机器人的研究与开发。Nilsson在《人工智能》一书中对人工智能作了如下定义：“人工智能（AI）从广义上来讲就是所有与智能行为相关的人造物品。智能行为包括在复杂环境中的理解能力、推理能力、学习能力、信息交互能力和行动能

2、力。”人工智能的一个长期目标就是开发一种可以像人一样工作的机器，另一个目标就是理解这种智能行为如何在机器、人、动物中产生。智能机器人的研究与开发正是朝这些目标迈进的坚实一步。给人类的生活带来了方便和愉快作为人工智能的一个重要研究内容和实验平台，智能机器人的研究开发工作涉及到人工智能研究领域的大量内容，应用了模糊规则、人工神经网络、专家系统、知识工程等多种理论和方法，其研究的部分成果已实际应用于水下机器人、核工业机器人、医用机器人、空间机器人、军用机器人、服务机器人、娱乐机器人等特种机器人的设计、开发中。这些具有一定智能的机器人不仅代替人类完成了许多危险的工作，而且也给人类的生活带来了方便和

3、愉快。智能机器人三大要素一个智能机器人应该具备三大要素：感知、决策、行动。感知就是机器人具有能够感觉内部、外部的状态和变化，理解这些变化的某种内在含义的能力。决策要求机器人具有能够依据各种条件、状态、约束的限制自主产生目标，规划实现目标的具体方案、步骤的能力。行动需要机器人具备完成一些基本工作、基本动作的能力。在这三大要素的基础上，智能机器人通过感知辅助产生决策，并将决策付诸行动，在复杂的环境下自主地完成任务，形成各种智能行为。随着人工智能研究的不断深人．发现不仅个体可以产生智能行为，而且群体间简单行为的交互作用也可以产生许多复杂的智能行为。研究个体间的交互作用所产生的复杂行为已成为人工智

4、能领域研究的一个重要方向―多智能体系统（Multi-AgentSystem）。随之而发展的智能机器人研究也开展了协作机器人、Swarm机器人、CollectiveRobotics机器人、足球机器人等方面的研究工作。7.1智能机器人的感知一个鲜活的生命可以通过它的各种感觉器官和中枢神经系统来感受、理解外部和自己内部的变化。而一个智能机器人要感知这个世界，就必须具有一定的信息获取手段和信息处理方法。对于机器人来说，获取信息的手段就是通过多种不同功能的传感器来收集各种不同性质的信息。而对于信息的理解则是通过对传感器信息的处理来获得的。7.1.1信息收集智能机器人进行信息收集的传感器可以分为触觉传

5、感器、温度传感器、距离传感器、定位系统、速度和加速度传感器、角度及角加速度传感器、力和力矩传感器、姿态传感器、机器人视觉传感器、机器人听觉传感器、嗅觉传感器等。这些传感器的应用可以使机器人检测到外界环境和本身的状态及变化。绝对型编码器和增量型编码器通过对电机转动圈数的记录，可确定关节转动角度、机器人运动的大致距离。线加速度计获取线加速度信息，进而得到当前机器人的线速度和位置信息。线加速度计获取线加速度信息，进而得到当前机器人的线速度和位置信息。图a陀螺仪通过测量角度、角速度、角加速度的变化，可以得到机器人的姿态角、运动方向以及运动方向的改变等信息，其结构如图b所示。接触和接近传感器类似于动

6、物的触须，可以帮助机器人避免与环境中的物体发生碰撞，感知探测范围内是否存在物体。触觉传感器类似于皮肤的作用，通常由触觉传感器阵列组成，可以用来感觉物体的形状，乃至物体表面的纹理形状，图c。激光全局定位传感器运用三角测量法得到机器人的位置坐标信息。GPS(GlobalPositionSystem）用于机器人的室外定位。激光雷达可以精确地测定外部障碍物和机器人之间的距离值。超声传感器可以用来测量机器人周围障碍物的有无和距离的远近，图d。红外传感器可以用来测量距离和方向，也可以用来测量外部温度变化。力和力矩传感器用来感觉机器人对外界物体施加的力或力矩的大小，从而保证机器人的力反馈控制。嗅觉传感器

7、是机器人配备的用来感知气味浓度的化学传感器，气味的浓度和气流的方向可以用来解决机器人的导航问题和特殊物质的检测。其他传感器7.1.2多传感器信息融合智能机器人身上通常装备有多种不同的传感器，如红外传感器、超声传感器、激光雷达、碰撞检测传感器、视觉传感器、听觉传感器等。由于受到各传感器的检测对象、工作范围、精度等因素的影响，需要确定不同来源的传感数据的一致性，通过不同传感信息的互相补充来获得外部完整的信息，所以多传感器信息