智能機器人之所以叫智能機器人,這是因為它有相當發達的“大腦”。在腦中起作用的是中央處理器,這種計算機跟操作它的人有直接的聯系。最主要的是,這樣的計算機可以進行按目的安排的動作。正因為這樣,我們才說這種機器人才是真正的機器人,盡管它們的外表可能有所不同。
廣泛上的智能機器人,它給人的最深刻的印象是一個獨特的進行自我控制的“活物”。其實,這個自控“活物”的主要器官并沒有像真正的人那樣微妙而復雜。
智能機器人具備形形色色的內部信息傳感器和外部信息傳感器,如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺。除具有感受器外,它還有效應器,作為作用于周圍環境的手段。這就是筋肉,或稱自整步電動機,它們使手、腳、長鼻子、觸角等動起來。
隨著計算機、微電子、信息技術的快速進步,機器人技術的開發速度越來越快,智能度越來越高。智能機器人在海洋開發、宇宙探測、工農業生產、軍事、社會服務、娛樂等各個領域都有著廣闊的發展空間與應用前景。機器人正朝著智能化和多樣化等方向發展。
智能機器人分類
按功能分類
傳感型機器人
也外部受控機器人。機器人的本體上沒有智能單元只有執行機構和感應機構,它具有利用傳感信息(包括視覺、聽覺、觸覺、接近覺、力覺和紅外、超聲及激光等)進行傳感信息處理、實現控制與操作的能力。受控于外部計算機,目前機器人世界杯的小型組比賽使用的機器人就屬于這樣的類型。
自主型機器人
在設計制作之后,機器人無需人的干預,能夠在各種環境下自動完成各項擬人任務。自主型機器人的本體上具有感知、處理、決策、執行等模塊,可以就像一個自主的人一樣獨立地活動和處理問題。許多國家都非常重視全自主移動機器人的研究。智能機器人的研究從60年代初開始,經過幾十年的發展,目前,基于感覺控制的智能機器人(又稱第二代機器人)已達到實際應用階段,基于知識控制的智能機器人(又稱自主機器人或下一代機器人)也取得較大進展,已研制出多種樣機。
交互型機器人
機器人通過計算機系統與操作員或程序員進行人-機對話,實現對機器人的控制與操作。雖然具有了部分處理和決策功能,能夠獨立地實現一些諸如軌跡規劃、簡單的避障等功能,但是還要受到外部的控制。
按智能程度分類
工業機器人
只能死板地按照人給它規定的程序工作,不管外界條件有何變化,自己都不能對程序也就是對所做的工作作相應的調整。如果要改變機器人所做的工作,必須由人對程序作相應的改變,因此它是毫無智能的。
初級智能機器人
具有象人那樣的感受,識別,推理和判斷能力。可以根據外界條件的變化,在一定范圍內自行修改程序,也就是它能適應外界條件變化對自己怎樣作相應調整。不過,修改程序的原則由人預先給以規定,這種初級智能機器人已擁有一定的智能。
高級智能機器人
具有感覺,識別,推理和判斷能力,同樣可以根據外界條件的變化,在一定范圍內自行修改程序。所不同的是,修改程序的原則不是由人規定的,而是機器人自己通過學習,總結經驗來獲得修改程序的原則。所以它的智能高出初能智能機器人。這種機器人已擁有一定的自動規劃能力,能夠自己安排自己的工作。這種機器人可以不要人的照料,完全獨立的工作,故稱為高級自律機器人。這種機器人也開始走向實用。
智能機器人要具備的主要要素
運動要素,對外界做出反應性動作。
對運動要素來說,智能機器人需要有一個無軌道型的移動機構,以適應諸如平地、臺階、墻壁、樓梯、坡道等不同的地理環境。它們的功能可以借助輪子、履帶、支腳、吸盤、氣墊等移動機構來完成。在運動過程中要對移動機構進行實時控制,這種控制不僅要包括有位置控制,而且還要有力度控制、位置與力度混合控制、伸縮率控制等。
感覺要素,用來認識周圍環境狀態。
感覺要素包括能感知視覺、接近、距離等的非接觸型傳感器和能感知力、壓覺、觸覺等的接觸型傳感器。這些要素實質上就是相當于人的眼、鼻、耳等五官,它們的功能可以利用諸如攝像機、圖像傳感器、超聲波傳成器、激光器、導電橡膠、壓電元件、氣動元件、行程開關等機電元器件來實現。
思考要素,根據感覺要素所得到的信息,思考出采用什么樣的動作。
智能機器人的思考要素是三個要素中的關鍵,也是人們要賦予機器人必備的要素。思考要素包括有判斷、邏輯分析、理解等方面的智力活動。這些智力活動實質上是一個信息處理過程,而計算機則是完成這個處理過程的主要手段。
智能機器人關鍵技術
導航與定位
在機器人系統中,自主導航是一項核心技術,是機器人研究領域的重點和難點問題。
路徑規劃
路徑規劃技術是機器人研究領域的一個重要分支。最優路徑規劃就是依據某個或某些優化準則(如工作代價最小、行走路線最短、行走時間最短等),在機器人工作空間中找到一條從起始狀態到目標狀態、可以避開障礙物的最優路徑。
人機接口
智能機器人的研究目標并不是完全取代人,復雜的智能機器人系統僅僅依靠計算機來控制目前是有一定困難的,即使可以做到,也由于缺乏對環境的適應能力而并不實用。智能機器人系統還不能完全排斥人的作用,而是需要借助人機協調來實現系統控制。因此,設計良好的人機接口就成為智能機器人研究的重點問題之一。
機器人視覺
視覺系統是自主機器人的重要組成部分,一般由攝像機、圖像采集卡和計算機組成。機器人視覺系統的工作包括圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出和顯示,核心任務是特征提取、圖像分割和圖像辨識。
多傳感器信息融合
多傳感器信息融合技術是近年來十分熱門的研究課題,它與控制理論、信號處理、人工智能、概率和統計相結合,為機器人在各種復雜、動態、不確定和未知的環境中執行任務提供了一種技術解決途徑。
智能控制
隨著機器人技術的發展,對于無法精確解析建模的物理對象以及信息不足的病態過程,傳統控制理論暴露出缺點,近年來許多學者提出了各種不同的機器人智能控制系統。