机器人学(蔡自兴)

《机器人学(蔡自兴)》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、机器人学——自动化的辉煌篇章代序宋健现代自动控制技术的进步，为科学研究和探测工作开辟了新的可能性，开拓了靠人力所不能胜任的新科学事业。９０年代实现了６０００米到１００００米深海探测。实现了对太阳系的金星、火星、木星及一些卫星和彗星的探测。哈勃空间望远镜的轨道运行给天文学家研究宇宙提供了前所未有的工具和机会。１９９７年美国科学家们研制的探路者号（Pathfinder）小车胜利地完成了火星表面的实地探测，是本世纪自动化技术最高成就之一。机器人学的进步和应用是本世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化。仅仅花了２０年，机器人

2、从爬行学会了两腿走路，成为直立机器人，而人类从爬行到直立花了上百万年。机器人已能用手使用工具，能看、听、用多种语言说话。它安心可靠地干最脏最累的活。据估计,现在全世界已有近１００万个机器人在生产线上工作。有近万家工厂在生产机器人，销售额每年增长２０％以上。机器上们正雄心勃勃，准备在２１世纪进入服务业，当出租车司机，到医院里去当护士，到家庭去照顾老人，到银行里去当出纳。如果微电子学再进一步，就可以把IBM/6000SP挤进它的脑袋里，运行DeepBlue软件，像1997年5月击败世界冠军GaryKasparov那样，使世界象棋大师们望

3、而生畏。LsaacAsimov曾设想，“机器人有数学天才，能心算三重积分，做张量分析题目如同吃点心一样”，已不难做到。60年代出现过的恐惧和反对自动化和机器人的社会心态已被证明是没有根据的。今天，一些应用机器人最多的国家失业率并没有明显升高，即使有，也没有人指责控制科学家和工程师，那是金融家和政治家的过错。相反，智能技术的广泛进入社会，有利于提高人民生活质量，提高劳动生产率，提高全社会的文化素质，创造更多的就业机会。站在进入21世纪的门槛，回顾人类文明进步的近代史，如果说19世纪实现了社会体力劳动机械化，延伸了人的体力，那么20世纪

4、的主要特征是实现了这是国际自动控制联合会第十四届世界大会主席、全国政协副主席、中国工程院长宋健院士在大会开幕式上所作学术报告的摘录（１９９９年７月５日，北京）。1劳动生产自动化，极大地提高了社会劳动生产率，创造了比过去任何时期都多得多的社会财富，彻底改变了人类的生产和生活方式，提高了人们的生活质量，延长了人类的平均寿命。这完全是现代科学技术的功劳。我们可以感到骄傲的是，控制论科学家和工程师们为此做出了重要贡献。预计21世纪，自动化技术仍将是高技术前沿，继续是推进新技术革命的核心力量。制造业和服务业仍然是它取得辉煌成就的主要领域。在生

5、命科学和人工智能的推动下，控制理论和自动化领域出现了提高控制系统智能的强大趋势。1992年成立了一个新学术团体，智能自动化国际联合会（IFIA,InternationalFederationonIntelligentAutomation），标志着智能控制研究已进入了科学前沿。对这门新学科今后的发展方向和道路已经取得了一些共识。可以列举以下诸点：第一，研究和模仿人类智能是智能控制的最高目标。所以，人们把能自动识别和记忆信号（图像、语言、文字）、会学习、能推理、有自动决策能力的自动控制系统称之为智能控制系统。第二，智能控制必须靠多学科联

6、合才能取得新的突破。生命科学和脑科学关于人体和脑功能机制的更深入的知识是不可缺少的。揭开生物界的进化机制，生命系统中自组织能力，免疫能力和遗传能力的精确结构对建造智能控制系统极为重要。这主要是生物化学家和遗传学家的任务，但控制论科学家和工程师们能够为此做出贡献。第三，智能的提高，不能全靠子系统的堆积。要做到“整体大于组分之和”，只靠非线性效应是不够的。智能越高系统将越复杂。复杂巨系统的行为和结构必定是分层次的。子系统和整体的利益和谐统一是有机体得以生存发展的基本原则。每一个层次都有自已的新特征和状态描述。要建立每个层次能上下相容的结

7、构和与周边友好的界面。统计力学中从分子热运动到气体宏观状态参数抽取是层次划分的范例，这就是物理学家们称之为“粗粒化”抽取(Coarse-grainingextraction)的最好说明。第四，世界一切生物进化都是逐步的，人类从新石器时代到机器化经历了１万年。从机械自动化到电子自动化仅花了１００年。要做到智能自动化，把机器人的智商提高到智人水平，还需要数十年。这是科学技术进步不可逾越的过程。２０世纪后半叶，微电子学、生命科学、自动化技术突飞猛进，为下世纪实现智能控制和智能自动化创造了很好的起始条件。为达到此目标，不仅需要技术的进步，更

8、需要科学思想和理论的突破。很多科学家坚持认为，这需要发现新的原理，或者改造已知的物理学基本定理，才能彻底懂得和仿造人类的智能，才能设计和制造出具有高级智能的自动控制系统。无论如何，进程已经2开始。可以设想，再过５０年，第３１次IFAC