关于智能机器人的学习
报告
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引言:大一第一学期我学习了《机械
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
概论》一课,听了各位老师对机械学科的各种发展方向的介绍,我对机械学科有了一个大概的了解。其中,我对老师介绍的智能机器人产生了浓厚的兴趣,于是便搜集了一些资料并且稍作整理写了这篇论文,简单介绍一下我对智能机器人的认识和了解。
关键词:机械工程概论,智能机器人
一、机器人分类
机器人按其智能程度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,思考采用什么样的动作。感觉要素包括能感知视觉、接近、距离的非接触型传感器和能感知力、压觉、触觉的接触型传感器。这些要素实质上就相当于人的眼、鼻、耳等五官,它们的功能可以利用诸如摄像机、图像传感器、超声波传感器、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位置控制,而且还要有力度控制、位置与力度混合控制及伸缩率控制等。智能机器人的思考要素是三个要素中的关键,也是应赋予机器人的必备要素。思考要素包括判断、逻辑
分析
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、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。
智能机器人根据智能程度的不同又可分为三种:
(1)传感型机器人——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)进行传感信息处理及实现控制与操作的能力。
(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。
(3)自主型机器人——在
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
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。智能机器人的研究从20世纪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。
二、智能机器人技术的形成与发展时期
智能机器人是人工智能的综合成果,它是在扩大计算机的功能和研究人工智能的实验床的基础上形成和发展起来的。1958年,美国
人工智能学者Shanonn和Minsky为使计算机更有用,提出给计算机装上手的想法。1961年麻省理工学院(MIT)林肯实验室的H.A.ERNST 把AMF公司处理放射线物质的伺服操作器和MIT的Tx-0计算机连接起来,研制出具有感觉,由计算机控制的MH-1型智能机器人。它凭触觉判断积木的形状,并把散放的积木进行组装。同时,L.G.Robons 开展了给计算机装上眼的研究,即以电视摄象机作为与计算机的接口,进行物体识别研究。1963年,他又发展了齐次坐标变换法,用于决定机械手的位置和方向,提出机器人位置控制方法。1967年,综合上述成果出现了装有电视摄象机,由计算机控制的智能机器人。这种机器人通过电视摄像机确定物体的位置,用齐次坐标变换的数学方法计算出各关节的转角和手臂的位置。随后美国斯坦福大学研制出能进行行动规划的眼-车系统;MIT研制出手-眼系统;
英国爱丁堡大学研制出手-眼结合的智能机器人系统;日本研制出能按识别图形进行积木组装的机器人和带视觉反馈的手-眼系统。人工智能研究者通过智能机器人实验床把人工智能活现出来,第一次证实了智能机器人可以根据环境和任务目标制定行动规划和进行操作,尤其是它能使用简单的工具去完成某种任务,这项发现具有非常重要的科学价值。由于智能机器人本身难度较大,耗资多,与实际应用较远,长期以来只有技术驱动,没有形成产品,发展比较缓慢。而几乎与其同期形成和发展的第一代工业机器人却进展较快。
进入20世纪70年代之后,研究重点转向智能机器人的单元技术:如计算机视觉、机器人语言、操作器的高级控制、触觉等研究课
题。智能机器人基础技术的发展促进了整机性能的提高,开始了面向自动化的应用研究。智能机器人的主要研制目的是为了解决工业装配、原子能利用、宇宙和海洋开发等领域的需要。由于研究目的明确,针对性强,实际需要迫切,研制和使用部门结合,资金、人力集中使用,因此研制出了面向自动化应用的各种机器人。如美国麻省理工学院的电动机机器人装配系统以及西屋电气公司可实现柔性自动装配的电动机机器人装配系统,二者均可进行8种小型电动机的装配;日本研制的各种智能机器人可用于电动机组装、集成电路压焊和印刷电路检查等。另外,特殊条件下工作的特种机器人也已取得实验成果。
三、智能机器人的实用阶段
20世纪80年代中期以后,第一代工业机器人的市场趋于饱和,工业机器人的应用开始从汽车领域转向电子、机械装配和非制造领域。由于一般的工业机器人没有视觉和触觉,已适应不了新用途的需要。只有让机器人学会感知它们所触到的部件,其产品的销路才有保证。智能机器人为人工智能实验床所使用,促进了计算机视觉、触觉传感器、操作器控制等单元技术的发展,为智能机器人的研制和应用奠定了技术基础。因此,在工业机器人处于更新换代的转折关头,没有思想准备的许多机器人制造厂家出现了产品滞销现象;而善于抓住时机的厂家就发展壮大。如Adept公司能及时抓产品转向工作,他们的产品目标不是面向汽车工业,而是面向电子工业,重点研究轻型装配机器人,采用了许多新技术,研制出了高精度、高速度、高柔性、带视觉的智能机器人。随后该公司的销售额迅速增加,1986年
为2 500万美元,1987年达到3 400万美元。其产品占美国装配机器人市场的24%,其中30%是电子工业公司的订货。销量的增长极大地促进了智能机器人的发展。
四、智能机器人的普及应用阶段
20世纪90年代,智能机器人将以装配机器人为先导产品,以电子、电气及精密机械制造为先导应用产业,慢慢进入普及应用阶段。
随着机器人技术的发展,许多机器人研制和生产厂家正在广泛采用视觉、力觉和其他传感技术,以提高机器人的智能水平,从而提高机器人的性能,使精度和重复精度更高,速度更快,并且降低机器人的成本。这样就使得采用智能机器人生产的单位产品成本低于用传统技术及工业机器人生产的单位产品成本,使智能机器人技术的性价比提高,最终导致企业对机器人的需求量会逐步增加。
与电子计算机的普及是从微机即个人计算机出现以后才广泛展开一样,20世纪90年代小型、微型智能机器人也将得到普及应用。目前美国、日本已研制出用于工业、医疗、服务等领域的各种型号微小型机器人。美国近年来在食品行业正在普及服务机器人,日本已研制出家用自动清洁且负责警戒的机器人、医护机器人及娱乐机器人等。
五、对智能机器人未来发展的展望
相信进入21世纪,更多先进的技术手段将被应用于智能机器人的研发制造中,而更加智能化,更加全面的机器人也会逐渐地进入我们的视野,渗透我们的生活,为我们的生产生活带来意想不到的便利。
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