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智能机器人的基本内容诠释.pdf
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智能机器人的基本内容诠释
导读: 智能机器人技术目前已被广泛应用于生产和生活的许多领域.按其拥有智能的水平可以分为三个层
次:工业机器人、初级智能机器人、高级智能机器人。
智能拆除机器入主要适用于建筑拆除、抢险救援、水泥、冶金、核能等行业.具有无线/有线遥控操作、
安全可靠、噪音小、振动低、粉尘少、无废气、工作效率高、经济实用、使用灵活等特点。智能拆除机器
人是工业机器人的一种。它包含了机械设计与制造、电子电工技术、计算机原理、网络程序设计、传感器、
自动控制、数字信号处理、优化设计、人工智能、机器人学等多种技术。
第一章 智能机器人的基本解释
我们从广泛意义上理解所谓的智能机器人,它给人的最深刻的印象是一个独特的进行自我控制的“活物”。
其实,这个自控“活物”的主要器官并没有像真正的人那样微妙而复杂。智能机器人具备形形色色的内部
信息传感器和外部信息传感器,如视觉、听觉、触觉、嗅觉。除具有感受器外,它还有效应器,作为作用
于周围环境的手段。这就是筋肉,或称自整步电动机,它们使手、脚、长鼻子、触角等动起来。
我们称这种机器人为自控机器人,以便使它同前面谈到的机器人区分开来。它是控制论产生的结果,控制
论主张这样的事实:生命和非生命有目的的行为在很多方面是 一致的。正像一个智能机器人制造者所说的,
机器人是一种系统的功能描述,这种系统过去只能从生命细胞生长的结果中得到,现在它们已经成了我们
自己能够制造 的东西了。
第二章 智能机器人的分类
2.1 综述
可分为一般机器人和智能机器人。一般机器人是指不具有智能,只具有一般编程能力和操作功能的机器人.
到目前为止,在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以
下三个要素:一是感觉要素,用来认识周围环境状态;二是运动要素,对外界做出反应性动作;三是思考
要素,根据感觉要素所得到的信息,思考出采用什么样的动作。
感觉要素包括能感知视觉、接近、距离等的非接触型传感器和能感知力、压觉、触觉等的接触型传感器。
这些要素实质上就是相当于人的眼、鼻、耳等五官,它们的功 能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声
波传成器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。
对运动要素来说,智能机器人需要有一个无轨道型的移动机构,以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡
道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支 脚、吸盘、气垫等移动机构来完成。在运动过
程中要对移动机构进行实时控制,这种控制不仅要包括有位置控制,而且还要有力度控制、位置与力度混
合控制、伸缩 率控制等。
智能机器人的思考要素是三个要素中的关键,也是人们要赋予机器人必备的要素。思考要素包括有判断、
逻辑分析、理解等方面的智力活动。这些智力活动实质上是一个信息处理过程,而计算机则是完成这个处
理过程的主要手段。
2.2.智能机器人的根据其智能程度的不同的分类
2.2.1 传感型机器人
又称外部受控机器人。机器人的本体上没有智能单元只有执行机构和感应机构,它具有利用传感信息(包
括视觉、听觉、触觉、接近觉、力觉和红外、超声及激光等)进行传感信息处理、实现控制与操作的能力。
受控于外部计算机,在外部计算机上具有智能处理单元,处理由受控机器人采集的各种信息以及机器人本
身的各种姿态和轨迹等信息,然后发出控制指令指挥机器人的动作。目前机器人世界杯的小型组比赛使用
的机器人就属于这样的类型。
2.2.2 交互型机器人
机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人-机对话,实现对机器人的控制与操作。虽然具有了部分
处理和决策功能,能够独立地实现一些诸如轨迹规划、简单的避障等功能,但是还要受到外部的控制。
2.2.3 自主型机器人
在设计制作之后,机器人无需人的干预,能够在各种环境下自动完成各项拟人任务。自主型机器人的本体
上具有感知、处理、决策、执行等模块,可以就像一个自主的人一样独立地活动和处理问题。机器人世界
杯的中型组比赛中使用的机器人就属于这一类型。全自主移动机器人的最重要的特点在于它的自主性和适
应性,自主性是指它可以在一定的环境中,不依赖任何外部控制,完全自主地执行一定的任务。适应性是
指它可以实时识别和测量周围的物体,根据环境的变化,调节自身的参数,调整动作策略以及处理紧急情
况。
交互性也是自主机器人的一个重要特点,机器人可以与人、与外部环境以及与其他机器人之间进行信息的
交流。由于全自主移动机器人涉及诸如驱动器控制、传感器数 据融合、图像处理、模式识别、神经网络等
许多方面的研究,所以能够综合反映一个国家在制造业和人工智能等方面的水平。因此,许多国家都非常
重视全自主移动 机器人的研究。智能机器人的研究从 60 年代初开始,经过几十年的发展,目前,基于感
觉控制的智能机器人(又称第二代机器人)已达到实际应用阶段,基于知识控制的智能机器人(又称自主机器
人或下一代机器人)也取得较大进展,已研制出多种样机。
2.3 按智能程度分类
2.3.1 初级智能机器人
智能机器人是在工业机器人基础上发展起来的,现在已开始用于生产和生活的许多领域,按其拥有智能的水
平可以分为两类:一是初级智能机器人,二是高级智能机器人。
初级智能机器人和工业机器人不一样,具有象人那样的感受,识别,推理和判断能力.可以根据外界条件的变化,
在一定范围内自行修改程序,也就是它能适应外界条件变化对自己怎样作相应调整.不过,修改程序的原则由
人预先给以规定.这种初级智能机器人已拥有一定的智能,虽然还没有自动规划能力,但这种初级智能机器人
也开始走向成熟,达到实用水平.
2.3.2 高级智能机器人
高级智能机器人.它和初级智能机器人一样,具有感觉,识别,推理和判断能力,同样可以根据外界条件的变化,
在一定范围内自行修改程序.所不同的是,修改程序的原则不是由人规定的,而是机器人自己通过学习,总结经
验来获得修改程序的原则.所以它的智能高出初能智能机器人.这种机器人已拥有一定的自动规划能力,能够
自己安排自己的工作.这种机器人可以不要人的照料,完全独立的工作,故称为高级自律机器人.这种机器人也
开始走向实用。
不过,尽管机器人人工智能取得了显著的成绩,控制论专家们认为它可以具备的智能水平的极限并未达到。
问题不光在于计算机的运算速度不够和感觉传感器种类少,而且在于其他方面,如缺乏编制机器人理智行
为程序的设计思想。你想,现在甚至连人在解决最普通的问题时的思维过程都没有破译,人类的智能会如
何呢——这种认识过程进展十分缓慢,又怎能掌握规律让计算机“思维”速度快点呢?因此,没有认识人
类自己这个问题成了机器人发展道路上的绊脚石。制造“生活”在具有不固定性环境中的智能机器人这一
课题,近年来使人们对发生在生物系统、动物和人类大脑中的认识和自我认识过程进行了深刻研究。结果
就出现了等级自适应系统说,这种学说正在有效地发展着。
作为组织智能机器人进行符合目的的行为的理论基础,我们的大脑是怎样控制我们的身体呢?纯粹从机械
学观点来粗略估算,我们的身体也具有两百多个自由度。当我 们在进行写字、走路、跑步、游泳、弹钢琴
这些复杂动作的时候,大脑究竟是怎样对每一块肌肉发号施令的呢?大脑怎么能在最短的时间内处理完这
么多的信息呢? 我们的大脑根本没有参与这些活动。大脑——我们的中心信息处理机“不屑于”去管这
个。
它根本不去监督我们身体的各个运动部位,动作的详细设计是在比大脑皮层低得多的水平上进行的。这很
像用高级语言进行程序设计一样,只要指出“间隔为一的从 1~20 的一组数字”,机器人自己会将这组指
令输入详细规定的操作系统。最明显的就是,“一接触到热的物体就把手缩回来”这类最明显的指令甚至
在大脑还没有意识到的时候就已经发出了。把一个大任务在几个皮层之间进行分配,这比控制器官给构成
系统的每个要素规定必要动作的严格集中的分配合算、经济、有效。在解决重大问题的时候,这样集中化
的大脑就会显得过于复杂,不仅脑颅,甚至连人的整个身体都容纳不下。
在完成这样或那样的一些复杂动作时,我们通常将其分解成一系列的普遍的小动作(如起来、坐下、迈右
脚、迈左脚)。教给小孩各种各样的动作可归结为在小孩的 “存储器”中形成并巩固相应的小动作。同样
的道理,知觉过程也是如此组织起来的。感性形象——这是听觉、视觉或触觉脉冲的固定序列或组合(马、
人),或者是序列和组合二者兼而有之。学习能力是复杂生物系统中组织控制的另一个普遍原则,是对先
前并不知道、在相当广泛范围内发生变化的生活环境的适应能力。这种适应能力不仅是整个机体所固有的,
而且是机体的单个器官、甚至功能所固有的,这种能力在同一个问题应该解决多次的情况下是不可替代的。
可见,适应能力这种现象,在整个生物界的合乎目的的行为中起着极其重要的作用。本世纪初,动物学家
桑戴克进行了下面的动物试验。先设计一个带有三个小平台的 T 形迷宫,试验动物位于字母 T 底点上的小
平台上,诱饵位于字母 T 横梁两头的小平台上。这个动物只可能做出以下两种选择,即跑到岔口后,它可
以转向左边或右边的小平台。
但是,在通向诱饵的路上埋伏着使它不愉快的东西:走廊两侧装着电极,电压以某种固定频率输进这些电
极之中,于是跑着经过这些电极的动物便受到疼痛的刺激——外界发出惩罚信号。而另一边平台上等着动
物的诱饵则是外界奖励的信号。实验中,如果一边走廊的刺激概率大大超过另一走廊中的刺激概率,那么,
动物自然会适应外界情况:反复跑几次以后,动物朝刺激概率低、痛苦少的那边走廊跑去。 桑戴克作试验
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