人工智能与机器人论文--罗才宝.doc

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人工智能导论论文

题目:

人工智能与机器人简析

姓名：

罗才宝

学号：

0953505008

指导教师：

汪晓弘

专业年级：

09自动化_

所在学院和系：

青海大学昆仑学院

完成日期：

2012年11月26日

人工智能与机器人简析

罗才宝

（青海大学昆仑学院青海西宁13674）

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，或是对规则理解错误，事情就糟糕了。

我们有可能将所有的规则都写出来吗？

有可能，但目前进展非常非常缓慢。

或许一个方法是让机器人根据感知补充，或甚至自定规则，但先不说目前的技术还办不到，重要的是，人类敢这么做吗？

下到上则是反过来，不事先设定任何规则，而是让机器人在自然环境中靠着模仿和尝试错误来建立对周遭的理解。

这种方式用在像Roomba这样的自动机器人上还蛮成功的，毕竟它只要知道上次往前跑多远撞墙，下次就会在快撞墙的时候转弯，看起来好像有学习能力。

但例如要让Roomba靠着“尝试错误”来抓老鼠，就困难重重了。

4、浅谈特种机器人

特种机器人是指除工业机器人之外的用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人，如侦察机器人、排爆机器人、消防机器人、娱乐机器人等。

特种机器人作为一种移动机器人，经过多年的发展和研究现已进入实用阶段，但目前的技术水平还难以实现全自主，特种机器人能力还存在许多局限性，其主要体现在以下几个方面：

（1）操作能力有限特种机器人的机械手。

夹持器等末端操作工具灵活性不够，无法像人的手那样灵巧操作，时常只能操作特定形状和大小的物品。

（2）开环控制使精确度难保证。

由于当前大多数特种机器人都采用的是遥控加半自主的工作方式，都是开环控制，尽管从某种意义上说，将人的操作纳入到了人机器人环境所组成的大闭环系统中，但是人在操作过程中受主观因素影响很大，时常也会降低操作的精确度。

（3）无法进行故障诊断和修复。

绝大多数特种机器人无法对非预期的故障进行诊断并修复，机器人系统经常死机，需要重启，以至于无法按原计划工作。

将人工智能技术应用于特种机器人是突破机器人能力局限性的一种较好的方法。

人工智能就是采用人工的方法模拟大脑的某些智力功能，进行一些诸如判

断、推理、证明、感知、识别、理解、思考、设计规则、学习等思维活动的能力。

它是机器人领域研究的核心内容和方向。

人工智能经过几十年的研究和探索，也出现了多分支和多元化，由此也产生了各种新兴和前沿学科，包括专家系统、机器学习、机器人规划、机器视觉和智能控制等。

5、机器人发展趋势和前景

当前，机器人在工业、服务业、军事等领域发挥的作用日益明显，尽管一些机器人已具备了一定的智能，但因智能控制方法本身还存在着局限性，距离真正意义上的智能机器人，还有相当大的差距。

随着特种机器人不断向智能化方向发展，要求人们对机器人的不确定性、复杂性、模糊性过程控制等问题进行广泛深入的研究而且，将人工智能技术广泛地应用到特种机器人的控制理论之中，具有十分重要的科学意义和实践价值。

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。

近年来，以无人机为代表的智能武器系统获得了长足的发展，日渐成为战场上一支不可忽视的重要力量。

但随着无人化兵器数量的增多和人工智能技术应用的不断深入，相关的伦理和法律问题也随之而来。

我们究竟应该如何面对这种变化，自主武器系统会否造成灾难，机器的失误又应该由谁来埋单？

诸多问都是值得思考的。

6、结语

由上述简析不难看出，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。

参考文献

【1】廉师友.人工智能技术导论[M].西安：

西安电子科技大学出版社，2007.

【2】蔡自兴，徐光佑.人工智能极其应用[M].（第二版）.北京：

清华大学出版社，1996.

【3】曾祥荣．液压噪声控［M］．哈尔滨:

：

哈尔滨工业大学出版社，1988．5．