智能机器人发展 - 副本

课程论文：智能机器人发展方向学院：姓名：成婷学号：M010213103智能机器人发展方向摘要智能机器人作为一种包含相当多学科知识的技术,几乎是伴随着人工智能所产生的。本文扼要的介绍了智能机器人的10个发展方向，其基本原理，以及现在研究比较深入的机器人的应用范围和特点，缺点。关键词：智能机器人；人工智能；发展方向IntelligentrobotdevelopmentdirectionAbstractIntelligentrobotcontainsquiteamultidisciplinaryknowledgetechnology,itisnearlywithartificialintelligence.Thispaperbrieflyintroducedtheintelligentrobot10developmentdirections,anditsbasicprinciple,themorein-depthrobotapplicationscopeandcharacteristicsaswellasfaults.Keywords：Intelligentrobot；Artificialintelligence(ai)；developmentdirection引言机器人会往什么方向发展？尽管机器人的研究已经有很长的时间，但我们认为有必要花些时间对未来机器人发展做下展望。由于没有时间机器这类东西，所以我们的展望依据来自一些机器人行业的长期观察员，包括自动机领域和Hizook(著名的机器人博客)。同时，我们征求了一些不同背景的机器人专家对机器人发展的意见看法，“专家小组”提供了许多宝贵的意见，总结大家的建议，最后压缩到10个发展展望，这不是一件容易的事，因为许多想法都很伟大。在做挑选时，主要专注于新兴领域，同时注意资本流向，例如由美国国家科学基金会牵头的全国机器人倡议，计划将投入大量的资源发展可与人合作的机器人，还有DARPA的部分机器人研究项目。欧洲的框架计划资助的“认知系统和机器人”，这项计划可以服务于人们日常的工作生活。还有如在亚洲，为应对人口老龄化，医疗机器人发展已经长达数十年。1.协作机器人:机器人助手和伙伴机器人控制通常有两种方式，直接遥控和充分自我控制，问题是遥控很麻烦，充分自我控制往往如科幻电影。可以从中找到一个平衡点，让人类和机器人协作完成任务，比如下图的PR2机器人递药给人。美国国家机器人倡议(NRL)提供7000万发展协作机器人项目，目标是把机器人从工产和实验室扩展到人们的日常生活，就像当年计算机由军用到民用。这些机器人必须是安全的，价格相对便宜且使用方便，机器人利用其长处配合人类完成工作。该项目的范围是广泛的，但机器人的一个关键方面是明确的：即与人的互动。所以希望看到将来协作类机器人有更大发展。为了评估协同技术,需要在合适的应用任务上进行验证,下面将对常见的典型应用任务进行描述.1)聚集、觅食和编队.在聚集任务中,机器人的目标是像羊群一样聚集起来.聚集行为可以增加动物找到食物的机会,提高生存机率等,所以在多机器人系统中实现该行为非常必要.觅食任务可以看作一种带约束的聚集任务,需要各个成员捡拾散布在环境中的目标物体并避免冲突,主要模拟废物清理、排雷等任务.编队任务也可以看作是聚集任务的一个特例,只是最终聚集的形式需要保持预定的几何配置形式,并要求在行进中保持多机器人系统的特定编队队形.2)探索和覆盖.在探索任务中,机器人必须遍历环境以搜集尽可能多的环境信息,如常见的SLAM,就要求机器人在环境中移动时,同时实现定位和建图工作.探索任务的一个具体实例是RoboCup的机器人团队营救任务,即在灾难后的废墟中寻找受害者.覆盖任务要求机器人遍历环境中的所有自由空间,其应用包括清雪、除草、汽车车身喷漆等.3)多目标观测.多目标观测(cooperativemultirobotobservationofmultiplemovingtargets,CMOMMT)是较新的多机器人系统测试问题,其要求机器人团队检测和跟踪一组移动的目标,而每一个目标至少受到某一个机器人的监视,并最终通过优化控制策略来最大化正常监视的时间.多机器人的多目标观测和安保、监视和识别问题等都有密切联系.4)推箱子和物体搬运任务.推箱子的任务要求机器人合作推箱子来达到期望的配置,基本上所有的推箱子任务都是固定在一个平面上进行.但物体搬运任务则要完成抬起和运送物体2个子任务,且多假定单个机器人无法独立抬起物体,从而大大增加了问题的复杂度，如工业环境中大型物体的搬运任务5)机器人足球.机器人足球是研究多机器人协作任务的常见平台,不确定的动态环境,加上对抗性的任务场景,使得机器人足球比赛极具挑战性,如何通过协同操作提高系统能6）多机器人的动态追捕.未知环境下的多机器人动态追捕问题也是多机器人合作与协调的典型问题,这缘于该问题牵涉到多机器人合作与协调的多个方面,如环境探索、信息共享与融合、自适应与学习、动作决策和冲突消解等问题存在的问题及发展趋势总的说来,近30年以来,多机器人系统研究已经取得长足进展,但是还面临诸多的技术挑战.1)建立更为高效和紧凑的多机器人系统结构,开发更为合理的组织和协调策略,仍然是需要进一步研究的基础性问题;提高系统的适应性和鲁棒性,并使多机器人系统适合于大规模运行的情况,也是需要深入研究的问题.2)利用多机器人系统和人的交互,可以充分结合人的高层决策智能和多机器人系统的底层协同能力,提高系统的性能.但是,如何设计合理的人机交互接口,加强人与多机器人系统的理解是将来的一个研究方向.3)如何在软、硬件异构的机器人之间实现相互通信和相互协调,真正建立具备跨语言、跨平台的多机器人分布式系统.在现有CORBA基础上,进一步研究面向Agent设计的互操作技术,是将来研究的重要方向.4)基于突现行为的集群机器人系统虽然控制简单,配置灵活,但是如何合理设计本地局部交互规则和控制规律,以可控的方式生成期望的高层突现行为,是非常值得研究的问题.5)加强实物形式的多机器人系统研究.在积极开展仿真系统研究的基础上,重视利用实物系统验证提出的算法和理论是将来发展的必然方向.2.3D遥感:Kinect革命在继续2011年一个奇怪的装饰开始出现在许多机器人头上，这就是现在流行的微软Kinect3D传感器，它价格便宜且使用方便，用Kinect绘制3D地图和作为动作传感器，Kinect成为机器人社区的最爱(看下图)。人们一直在寻找一种低成本的设备替代激光测距仪，现在Kinect帮忙实现(至少可以在室内使用)。它是一种3D体感摄影机，同时它导入了即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能。主要特色包括：1）原始感测数据流：开发人员能够直接取得距离传感器、彩色摄影机以及四单元麦克风数组的原始数据流。这些数据让开发人员可以利用Kinect传感器的低阶数据流为基础进行应用程序开发。2）骨架追踪：此套SDK能够追踪Kinect视野内一位或二位用户的骨架影像，便于建立以体感操作的应用程序。3）先进的音效功能：包括抑制噪音与回音消除功能、可透过音波形式辨识声音来源，并且能与Windows语音识别API整合。4）简易的安装：这套SDK提供了在Windows7上的标准化安装方式，无需复杂的组态设定，安装档案大小也不到100MB。开发人员只要购买标准的Kinect传感器，就能在几分钟内立即开发。5）完整的说明文件：SDK也随附详细的高质量技术文件。除了内建的说明档案之外，还包括了多个范例详细的逐步分解说明。3.云机器人:机器人共享技术有些研究小组正在探索云计算基础设施上的机器人，依靠云计算机处理大量的数据。这种方法可以直接调用“云机器人”，将使机器人不需要做复杂的计算，如图像处理和语音识别，甚至可以立即下载新的技能。很多相关项目都在进行中。特别是，谷歌有一个小团队，创建机器人云服务，如果这种技术流行起来，对该领域可能是结构性的转变（想象每个机器人使用“Google地图”进行导航）。在欧洲，一个重大项目RoboEarth，其目标是开发“机器人万维网”，一个巨大的云数据库，机器人可以共享有关的对象，环境和任务的信息（见下图）。许多其他项目正在形成，我们预计“云机器人”将成为一个时髦词。云机器人就是云计算与机器人学的结合。就像其它网络终端一样，机器人本身不需要存储所有资料信息，或具备超强的计算能力，只是在需要的时候可以连接相关服务器并获得所需信息。云机器人并不是指某一个机器人，也不是某一类机器人，而是指机器人信息存储和获取方式的一个学术概念。这种信息存取的方式的好处是显而易见的。比如，机器人通过摄像头可以获取一些周围环境的照片，上传到服务器端，服务器端可以检索出类似的照片，可以计算出机器人的行进路径来避开障碍物，还可以将这些信息储存起来，方便其它机器人检索。所有机器人可以共享数据库，减少开发人员的开发时间。当机器人处于陌生的、非结构化的环境时，就不能读懂环境并有效应对一些事情。面对人类生活环境的多样性，机器人能否自我学习，如今快速发展的传感器技术可以让研究者们收集大量的传感器信息，数据挖掘工具也能够提取更有效的模型，强大的互联网技术（如云计算）可以让开发者获取比机器自我学习更多的信息。4.基于智能手机机器人：新的机器人智能随着计算机嵌入式技术的发展，蓝牙和智能手机在我们日常生活中已经变得越来越常见，机器人也正逐渐走进我们的生活。在传统机器人控制领域，一般是采用无线遥控器的方式，没有可视化界面，互动性差，功能单一。随着近几年计算机技术的发展，控制机器人已可交由电脑来完成，实现了可视化，增强了人机互动，但电脑体积庞大，并不适合携带，可移动性差。直到各种轻巧智能设备的出现，控制机器人的方法和手段也越来越多样。现在无线遥控器或笨重的电脑上控制机器人已经不能满足人们的要求，各种新的技术不断涌现。蓝牙技术使我们远程控制机器人成为可能，智能手机使我们可以在可视化界面下控制机器人，而且这些使我们控制机器人增添了更多强大的功能应用，而不仅仅是简单地控制机器人。智能手机作为控制器也便于携带，将机器人控制融入日常生活的技术实现，随着服务性机器人进入千家万户，将极大地改变人们未来的生活模式。5.无人驾驶汽车：解放你的双手无人驾驶汽车是一种智能汽车，也可以称之为轮式移动机器人，主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。它是利用车载传感器来感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。集自动控制、体系结构、人工智能、视觉计算等众多技术于一体，是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展的产物，也是衡量一个国家科研实力和工业水平的一个重要标志，在国防和国民经济领域具有广阔的应用前景。2005年，首辆城市无人驾驶汽车在上海交通大学研制成功，该车有望于两年之内率先在上海世纪公园进行示范运营，并在2010年世博会上一展身手。到时游客只需在公园的入口处按下一个按钮，一辆没有司机的四座敞篷汽车就会从远处开过来缓缓停下，然后搭载着乘客前往他们想去的景点。6.机器人佣工：制造业的未来2012年，富士康公布了惊人的机器人计划，打算在未来三年增加100万台机器人。虽然仍有许多不确定因素，包括他们是否可以保持产量。但可以肯定的是，市场对灵活、高效、安全的工业机器人存在巨大的需求，新一代工业机器人将更加灵巧和便宜。工业机器人大范围应用将开启一个新时代。在制造工业中引入工业机器人是继动力机、计算机之后而出现的面向延伸人的体力和智力的新一代生产工具。根据最近一次中国人口普查数据显示，中国10~14岁人口数量减少约5%，照此速度，到2015年左右，将迎来新一轮缺工高潮，因此机器人技术开发和实现人工替代将是大势所趋，中国制造是必然之势。据中国纺织工业联合会副会长兼秘书长、中国纺织机械器材工业协会名誉理事长高勇透露，中国纺织占据全球半壁江山，但随着经济结构的调整、棉花政策的变化以及成本上升的影响，纺纱工业进入调整期。在调整中，用工调