機(jī)器人的智能化技術(shù)PPT課件.ppt

機(jī)器人的智能化技術(shù) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院 1 智能機(jī)器人概述 1 智能機(jī)器人技術(shù)要求 2 智能機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例 3 12大智能機(jī)器人技術(shù) 4 智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素 5 2 智能機(jī)器人概述 智能機(jī)器人是一個(gè)在感知 思維 效應(yīng)方面全面 模擬人的機(jī)器系統(tǒng) 外形不一定像人 智能機(jī)器人它有相當(dāng)發(fā)達(dá)的 大腦 在腦中起作用的是中央計(jì)算機(jī) 這種計(jì)算機(jī)跟操作它的人有直接的聯(lián)系 最主要的是 這樣的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行按目的安排的動(dòng)作 正因?yàn)檫@樣 我們才說這種機(jī)器人才是真正的機(jī)器人 盡管它們的外表可能有所不同 它是人工智能技術(shù)的綜合試驗(yàn)場(chǎng) 可以全面地考察人工智能各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù) 研究他們相互之間的關(guān)系 還可以在有害的環(huán)境中替人從事危險(xiǎn)的工作 上天下海 戰(zhàn)場(chǎng)作業(yè)等方面大顯身手 3 智能機(jī)器人的技術(shù)要求 識(shí)別過程 4 控制過程 將需要輸出的反應(yīng)轉(zhuǎn)譯為肢體運(yùn)動(dòng)和媒介信息 實(shí)用機(jī)器人在第三個(gè)方面做得比較多 而識(shí)別和智能運(yùn)算是很弱的 尤其是概念知識(shí)的存儲(chǔ)形式 邏輯判斷和決策這些方面更是鮮有成果 這正是人工智能要重點(diǎn)解決的問題 外界輸入的信息向概念邏輯信息轉(zhuǎn)譯 將動(dòng)態(tài)靜態(tài)圖像 聲音 語音 文字 觸覺 味覺等信息轉(zhuǎn)化為形式化 大腦中的信息存儲(chǔ)形式 的概念邏輯信息 智能運(yùn)算過程 輸入信息刺激自我學(xué)習(xí) 信息檢索 邏輯判斷 決策 并產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng) 識(shí)別過程 5 智能機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例 服務(wù)智能機(jī)器人 整個(gè)服務(wù)智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)建立在三大核心技術(shù)模塊 人機(jī)交互及識(shí)別模塊 環(huán)境感知模塊 運(yùn)動(dòng)控制模塊 依托于三大模塊 機(jī)器人有基礎(chǔ)的硬件 電池模組 電源模組 主機(jī) 存儲(chǔ)器 專用芯片等 還有操作系統(tǒng) 服務(wù)智能機(jī)器人 6 交互模塊包括語音識(shí)別 語義識(shí)別 語音合成 圖像識(shí)別等 相當(dāng)于人的大腦 服務(wù)智能機(jī)器人三大核心技術(shù)模塊 感知 交互 運(yùn)控 交互能力 7 感知模塊借助于各種傳感器 陀螺儀 激光雷達(dá) 相機(jī) 攝像頭等 相當(dāng)于人的眼 耳 鼻 皮膚等 服務(wù)智能機(jī)器人三大核心技術(shù)模塊 感知 交互 運(yùn)控 感知能力 8 運(yùn)控模塊包括舵機(jī) 電機(jī) 芯片等 相當(dāng)于人的肌肉 服務(wù)智能機(jī)器人三大核心技術(shù)模塊 感知 交互 運(yùn)控 運(yùn)控模塊 9 服務(wù)智能機(jī)器人 服務(wù)機(jī)器人的各個(gè)細(xì)分模塊中 語音模塊重要性和成熟度均最高 語義模塊是目前突破重點(diǎn) 運(yùn)控模塊相對(duì)重要性最弱 服務(wù)機(jī)器人三大模塊可以繼續(xù)細(xì)分為語音模塊 語義模塊 圖像模塊 感知模塊 運(yùn)控模塊 芯片模塊 從技術(shù)儲(chǔ)備上來看 人工智能是核心 目前的技術(shù)儲(chǔ)備方面 只有語音和OCR領(lǐng)域具備一定的成熟度 語音和OCR領(lǐng)域已發(fā)展接近20年 在某些特定場(chǎng)景和行業(yè)已經(jīng)有了一些數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 其他的技術(shù)包括圖像識(shí)別 語義分析都還在很早期的階段 語音領(lǐng)域 也是目前已知的平臺(tái)類企業(yè)最大的板塊 10 11 智能機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例 市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)顯示 2017年中國工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)價(jià)值達(dá)13億美元 并將保持20 的年復(fù)合成長 CAGR 到2020年達(dá)到33億美元 2017年 中國的工業(yè)機(jī)器人銷售收入占全球13 到2020年將達(dá)到25 工業(yè)機(jī)器人屬于智能機(jī)器人的一種 工業(yè)機(jī)器人 12 13 多傳感器信息融合技術(shù)是近年來十分熱門的研究課題 它與控制理論 信號(hào)處理 人工智能 概率和統(tǒng)計(jì)相結(jié)合 為機(jī)器人在各種復(fù)雜 動(dòng)態(tài) 不確定和未知的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)提供了一種技術(shù)解決途徑 數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵問題是模型設(shè)計(jì)和融合算法 數(shù)據(jù)融合模型主要包括功能模型 結(jié)構(gòu)模型和數(shù)學(xué)模型 一 多傳感器信息融合 14 目前已有很多學(xué)者從不同角度提出了信息融合系統(tǒng)的一般功能模型 最有權(quán)威性的是DFS 美國三軍政府組織 實(shí)驗(yàn)室理事聯(lián)席會(huì) JDL 下面的C3I技術(shù)委員會(huì) TPC3 數(shù)據(jù)融合專家組 提出的功能模型 該模型把數(shù)據(jù)融合分為3級(jí) 第1級(jí)是單源或多源處理 主要是數(shù)字處理 跟蹤相關(guān)和關(guān)聯(lián) 第2級(jí)是評(píng)估目標(biāo)估計(jì)的集合 及它們彼此和背景的關(guān)系來評(píng)估整個(gè)情況 第3級(jí)用一個(gè)系統(tǒng)的先驗(yàn)?zāi)繕?biāo)集合來檢驗(yàn)評(píng)估的情況 1 信息融合的功能模型 15 數(shù)據(jù)融合的結(jié)構(gòu)模有多種不同的分類方法 其中一種分類標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)在送人融合處理中心之前已經(jīng)處理的程度來進(jìn)行分類 在這種分類標(biāo)準(zhǔn)下 融合結(jié)構(gòu)被分為傳感器級(jí)數(shù)據(jù)融合 中央級(jí)數(shù)據(jù)融合及混合式融合 還可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理過程的分辨率來對(duì)融合結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類 在這種情況下 融合結(jié)構(gòu)為像素級(jí) 特征級(jí)和決策級(jí)融合 2 信息融合的結(jié)構(gòu)模型 16 信息融合的方法涉及到多方面的理論和技術(shù) 如信號(hào)處理 估計(jì)理論 不確定性理論 模式識(shí)別 最優(yōu)化技術(shù) 模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等這方面國外已經(jīng)做了大量的研究 目前 這些方法大致分為兩類 隨機(jī)類方法和人工智能方法 3 多傳感器信息融合實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型 17 在機(jī)器人系統(tǒng)中 自主導(dǎo)航是一項(xiàng)核心技術(shù) 是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題 自主移動(dòng)機(jī)器人常用的導(dǎo)航定位方法有以下四種 二 導(dǎo)航與定位 18 在視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)中 目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的是基于局部視覺的在機(jī)器人中安裝車載攝像機(jī)的導(dǎo)航方式 視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要包括 攝像機(jī) 或CCD圖像傳感器 視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備 基于DSP的快速信號(hào)處理器 計(jì)算機(jī)及其外設(shè)等 1 視覺導(dǎo)航定位 19 典型的光反射導(dǎo)航定位方法主要是利用激光或紅外傳感器來測(cè)距 激光和紅外都是利用光反射技術(shù)來進(jìn)行導(dǎo)航定位的 2 光反射導(dǎo)航定位 20 工作原理 21 如今 在智能機(jī)器人的導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用中 一般采用偽距差分動(dòng)態(tài)定位法 用基準(zhǔn)接收機(jī)和動(dòng)態(tài)接收機(jī)共同觀測(cè)4顆GPS衛(wèi)星 按照一定的算法即可求出某時(shí)某刻機(jī)器人的三維位置坐標(biāo) 3 GPS全球定位系統(tǒng) 22 2020 1 8 23 路徑規(guī)劃技術(shù)是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支 最優(yōu)路徑規(guī)劃就是依據(jù)某個(gè)或某些優(yōu)化準(zhǔn)則 如工作代價(jià)最小 行走路線最短 行走時(shí)間最短等 在機(jī)器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài) 可以避開障礙物的最優(yōu)路徑 三 路徑規(guī)劃 24 模版匹配方法是將機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)與過去經(jīng)歷相比較 找到最接近的狀態(tài) 修改這一狀態(tài)下的路徑 便可得到一條新的路徑 即首先利用路徑規(guī)劃所用到的或已產(chǎn)生的信息建立一個(gè)模版庫 庫中的任一模版包含每一次規(guī)劃的環(huán)境信息和路徑信息 這些模版可通過特定的索引取得 1 模版匹配路徑規(guī)劃技術(shù) 25 人工勢(shì)場(chǎng)路徑規(guī)劃技術(shù)的基本思想是將機(jī)器人在環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)視為一種機(jī)器人在虛擬的人工受力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 1 僅考慮環(huán)境中障礙物的運(yùn)動(dòng)速度 未考慮機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度 2 認(rèn)為障礙物與機(jī)器人之間的相對(duì)速度是固定不變的 這不是完整的動(dòng)態(tài)環(huán)境 2 人工勢(shì)場(chǎng)路徑規(guī)劃技術(shù) 26 地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù) 是按照機(jī)器人自身傳感器搜索的障礙物信息 將機(jī)器人周圍區(qū)域劃分為不同的網(wǎng)格空間 如自由空間和限制空間等 計(jì)算網(wǎng)格空間的障礙物占有情況 再依據(jù)一定規(guī)則確定最優(yōu)路徑 地圖構(gòu)建又分為路標(biāo)法和柵格法 也稱單元分解法 3 地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù) 27 前者是構(gòu)造一幅由標(biāo)志點(diǎn)和連接邊線組成的機(jī)器人可行路徑圖 如可視線方法 切線圖方法 Voronoi圖方法和概率圖展開法等 3 地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù) 28 人工智能路徑規(guī)劃技術(shù)是將現(xiàn)代人工智能技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃中 如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)化計(jì)算 模糊邏輯與信息融合等 4 人工智能路徑規(guī)劃技術(shù) 29 地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù) 是按照機(jī)器人自身傳感器搜索的障礙物信息 將機(jī)器人周圍區(qū)域劃分為不同的網(wǎng)格空間 如自由空間和限制空間等 計(jì)算網(wǎng)格空間的障礙物占有情況 再依據(jù)一定規(guī)則確定最優(yōu)路徑 地圖構(gòu)建又分為路標(biāo)法和柵格法 也稱單元分解法 3 地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù) 30 三大技術(shù)成為智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素 如今 越來越多的智能機(jī)器人出現(xiàn)在我們的生活中 它們不僅能與我們 對(duì)話 還具備自我位置定位和自動(dòng)躲避障礙物等能力 其中一些 聰明 的機(jī)器人已經(jīng)可以擔(dān)任餐廳服務(wù)員和保姆等工作 今年春晚 更是出現(xiàn)了機(jī)器人方陣跳舞的場(chǎng)面 成為春晚的一大亮點(diǎn) 31 智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素 一 人工智能技術(shù) 人工智能技術(shù)的研究包括語言識(shí)別 圖像識(shí)別 自然語言處理和專家系統(tǒng)等 涉及到以計(jì)算機(jī)科學(xué) 心理學(xué) 哲學(xué)和語言學(xué)等學(xué)科為主的幾乎自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的所有學(xué)科 人工智能技術(shù)試圖了解智能的實(shí)質(zhì) 實(shí)現(xiàn)對(duì)人類的意識(shí)及思維過程的模擬 賦予機(jī)器人學(xué)習(xí) 推理 思考 規(guī)劃等智能行為和能力 使機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次的應(yīng)用 勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作 32 智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素 二 大數(shù)據(jù)技術(shù) 大數(shù)據(jù)技術(shù)是智能機(jī)器人的強(qiáng)大后盾 大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來給智能機(jī)器人的迅速發(fā)展提供了新的動(dòng)力 也為智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的技術(shù)突破提供了更多可能 33 智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素 三 云計(jì)算技術(shù) 智能機(jī)器人是云計(jì)算的客戶端 而云計(jì)算是智能機(jī)器人的神經(jīng)中樞 決定著整個(gè)機(jī)器人的感知 運(yùn)動(dòng)和思考 同時(shí) 云計(jì)算擴(kuò)大了機(jī)器人使用資源的能力 其海量存儲(chǔ)功能為提升智能機(jī)器人的記憶提供了無限的可能 存儲(chǔ)的能力越強(qiáng) 所能辨別的東西就越多 所以云計(jì)算直接決定著智能機(jī)器人的記憶力 龐大的知識(shí)庫是大數(shù)據(jù)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分 也是智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)之一 34 12大智能機(jī)器人技術(shù) 1 勞力機(jī)器人 目前 工業(yè)機(jī)器人在中國主要應(yīng)用于汽車及零部件制造 電子 機(jī)械加工 模具生產(chǎn)等行業(yè) 參與的制造過程包括焊接 裝配 搬運(yùn) 打磨 拋光 注塑等 35 12大智能機(jī)器人技術(shù) 2 拋光機(jī)器人 近日拓斯達(dá)科技重磅新品強(qiáng)勢(shì)上市 全自動(dòng)化拋光打磨機(jī)器人 該機(jī)器人廣泛應(yīng)用在手機(jī) 平板電腦等面殼制造業(yè) 注塑成型出來的手機(jī)面殼注塑成型時(shí)會(huì)有結(jié)合線 36 12大智能機(jī)器人技術(shù) 3 蜘蛛機(jī)器人 蜘蛛機(jī)器人是利用自然界的力量來解決人類技術(shù)問題 多年以來 機(jī)器人學(xué)家試著模擬蜘蛛的身體結(jié)構(gòu) 它的八只爪子具有較好的穩(wěn)定性 特別適合于電子組裝 瓷磚貼板 災(zāi)區(qū)搜尋營救工作 37 12大智能機(jī)器人技術(shù) 4 機(jī)器人士兵 美國陸軍上將康恩 RobertCone 1月份表示 到2030年機(jī)器人將取代四分之一的美國戰(zhàn)斗士兵 美國陸軍的目標(biāo)是要成為規(guī)模更小 更有殺傷力 容易部署 身手敏捷的軍隊(duì) 使用能夠承擔(dān)從排雷到前線作戰(zhàn)等一系列任務(wù)的機(jī)器人將有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo) 38 12大智能機(jī)器人技術(shù) 5 調(diào)酒機(jī)器人 調(diào)酒機(jī)器人酒保不僅懂得制作300種雞尾酒 而且還可以在幾秒鐘之內(nèi)完成任務(wù) 首 6 農(nóng)業(yè)機(jī)器人 IBISWorld的行業(yè)分析師JeremyEdwards表示 不少農(nóng)活讓機(jī)器人干會(huì)更加高效 例如勘查地況 開拖拉機(jī) 修剪收割農(nóng)作物等 實(shí)際上目前已經(jīng)出現(xiàn)了在葡萄園中修剪葡萄枝的機(jī)器人以及在萵苣田除草的機(jī)器人 39 12大智能機(jī)器人技術(shù) 7 藥劑機(jī)器人 在加州大學(xué)舊金山分校的藥房里配藥的可不是真人 而是機(jī)器人 計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)接收藥方 而機(jī)器人則負(fù)責(zé)藥品的打包和分發(fā) 加州大學(xué)舊金山分校表示 在引入機(jī)器人的最初階段 機(jī)器人配發(fā)的350000劑藥品無一出錯(cuò) 40 12大智能機(jī)器人技術(shù) 8 拆彈機(jī)器人 在美國有超過450個(gè)拆彈小組 對(duì)每年數(shù)千樁與炸彈有關(guān)的事件作出響應(yīng) 其中一些拆彈小組已經(jīng)用上了機(jī)器人 這些機(jī)器人能夠更好地拆除炸彈 令人身風(fēng)險(xiǎn)降至最低 41 12大智能機(jī)器人技術(shù) 9 媒體機(jī)器人 在不遠(yuǎn)的將來 機(jī)器人或許可以承擔(dān)部分記者的工作 商業(yè)記者 特別是那些撰寫市場(chǎng)報(bào)道等含有較多數(shù)字新聞的記者 以及經(jīng)常做一堆數(shù)字分析的體育記者最有可能 中槍 實(shí)際上NarrativeScience的一個(gè)程序已經(jīng)能夠?qū)懗龊唵蔚捏w育新聞 42 12大智能機(jī)器人技術(shù) 10 掃地機(jī)器人 這種機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn)了一段時(shí)間 但它們的功能正日趨完美 最新版本的掃地機(jī)器人RooMBA880口碑甚佳 一些試用者稱該機(jī)器人的效果好于任何直立式真空吸塵器 特別是在清理寵物毛發(fā)方面 生產(chǎn)商iRobot還生產(chǎn)一款可擦地拖地的機(jī)器人Scooba450 11 金融機(jī)器人 維持一個(gè)銀行網(wǎng)點(diǎn)的運(yùn)營代價(jià)不菲 使用機(jī)器人有