機(jī)器人程序設(shè)計(jì)語言課件

第15章智能機(jī)器人15.1智能機(jī)器人的概念

15.2機(jī)器人感知15.3機(jī)器人規(guī)劃

15.4機(jī)器人控制

15.5機(jī)器人系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

15.6機(jī)器人程序設(shè)計(jì)與語言

習(xí)題十五

第15章智能機(jī)器人15.1智能機(jī)器人的概念115.1智能機(jī)器人的概念

一般將機(jī)器人的發(fā)展分為三個(gè)階段。第一階段的機(jī)器人只有“手”,以固定程序工作,不具有外界信息的反饋能力；第二階段的機(jī)器人具有對(duì)外界信息的反饋能力,即有了感覺,如力覺、觸覺、視覺等；第三階段,即所謂“智能機(jī)器人”階段,這一階段的機(jī)器人已經(jīng)具有了自主性,有自行學(xué)習(xí)、推理、決策、規(guī)劃等能力。這也正符合Agent的條件,所以,現(xiàn)在把智能機(jī)器人也作為一種Agent。

15.1智能機(jī)器人的概念一般將機(jī)器人的發(fā)展分為三個(gè)階2智能機(jī)器人至少應(yīng)具備四種機(jī)能：感知機(jī)能——獲取外部環(huán)境信息以便進(jìn)行自我行動(dòng)監(jiān)視的機(jī)能；運(yùn)動(dòng)機(jī)能——施加于外部環(huán)境的相當(dāng)于人的手、腳的動(dòng)作機(jī)能；思維機(jī)能——求解問題的認(rèn)識(shí)、推理、判斷機(jī)能；人-機(jī)通信機(jī)能——理解指示命令、輸出內(nèi)部狀態(tài),與人進(jìn)行信息交換的機(jī)能。

智能機(jī)器人至少應(yīng)具備四種機(jī)能：感知機(jī)能——獲取外部環(huán)境信315.2機(jī)

器

人

感

知

機(jī)器人的感知包括對(duì)外界和對(duì)自身的感知。感知機(jī)能是靠傳感器來實(shí)現(xiàn)的。因而,機(jī)器人傳感器可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩大類。內(nèi)部傳感器用來感知機(jī)器人的內(nèi)部狀態(tài)信息,包括關(guān)節(jié)位置、速度、加速度、姿態(tài)和方位等。常見的內(nèi)部傳感器有軸角編碼器、加速度計(jì)、陀螺系統(tǒng)等。外部傳感器用來感知機(jī)器人外部環(huán)境信息,它又分為接觸型和非接觸型兩種。前者有觸覺、壓覺、力覺、滑覺、熱覺等,后者有視覺、聽覺、接近覺、距離覺等。

15.2機(jī)器人感知機(jī)器人的感知包括對(duì)外界和對(duì)4機(jī)器人傳感器直接模仿人或生物的感覺器官。如根據(jù)人和昆蟲眼睛的成像原理研制的視覺傳感器,它能感受物體的形狀、特征、顏色、位置、距離和運(yùn)動(dòng)等。還有聽覺傳感器、觸覺傳感器、味覺傳感器等也是用相應(yīng)的仿生原理制作的。立體攝像機(jī)和激光測(cè)距儀是機(jī)器人獲得三維視覺的兩類實(shí)用傳感器。在機(jī)器人感知研究中,視覺方面的成果最為突出,機(jī)器人視覺已經(jīng)成為一門新興的獨(dú)立學(xué)科。機(jī)器人視覺的主要目的是從整體上理解一個(gè)給定的三維景物,為此,圖像處理、模式識(shí)別、知識(shí)工程和三維視覺等技術(shù)特別是智能技術(shù)在機(jī)器人視覺的研制中得到了應(yīng)用。

機(jī)器人傳感器直接模仿人或生物的感覺器官。如根據(jù)人和昆蟲眼515.3機(jī)

器

人

規(guī)

劃

機(jī)器人規(guī)劃也稱機(jī)器人問題求解。感知能力使機(jī)器人能夠感知對(duì)象和環(huán)境,但要解決問題,即產(chǎn)生適應(yīng)對(duì)象和環(huán)境的動(dòng)作,還要依靠規(guī)劃功能。規(guī)劃就是擬定行動(dòng)步驟。實(shí)際上它就是一種問題求解技術(shù),即從某個(gè)特定問題的初始狀態(tài)出發(fā),尋找或構(gòu)造一系列操作(也稱算子)步驟,達(dá)到解決問題的目標(biāo)狀態(tài)。例如,給定工件裝配任務(wù),機(jī)器人按照什么步驟去操作每個(gè)工件？在雜亂的環(huán)境下,機(jī)器人如何尋求避免與障礙碰撞的路徑,去接近某個(gè)目標(biāo)？規(guī)劃功能的強(qiáng)弱反映了智能機(jī)器人的智能水平。

15.3機(jī)器人規(guī)劃?rùn)C(jī)器人規(guī)劃也稱機(jī)器人問題求6機(jī)器人規(guī)劃的基本任務(wù)是：在一個(gè)特定的工作區(qū)域中自動(dòng)地生成從初始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的動(dòng)作序列、運(yùn)動(dòng)路徑和軌跡的控制程序。規(guī)劃系統(tǒng)可分為兩級(jí)：任務(wù)規(guī)劃子系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃子系統(tǒng)。任務(wù)規(guī)劃子系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)命令,自動(dòng)生成相應(yīng)的機(jī)器人執(zhí)行程序,如將任務(wù)理解為工作區(qū)的狀態(tài)變化,則它生成的即為把初始狀態(tài)變?yōu)槟繕?biāo)狀態(tài)的一個(gè)操作序列。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃子系統(tǒng)首先將任務(wù)規(guī)劃的結(jié)果變成一個(gè)無碰撞的操作器運(yùn)動(dòng)路徑,這一步稱為路徑規(guī)劃；然后再將路徑變?yōu)椴僮髌鞲麝P(guān)節(jié)的空間坐標(biāo),形成運(yùn)動(dòng)軌跡,這一步稱為軌跡規(guī)劃。

機(jī)器人規(guī)劃的基本任務(wù)是：在一個(gè)特定的工作區(qū)域中自動(dòng)地生成7任務(wù)規(guī)劃需要解決三個(gè)基本技術(shù)問題：?jiǎn)栴}或狀態(tài)的表示、搜索策略和子目標(biāo)沖突問題。經(jīng)過多年的探索,現(xiàn)在,至少已提出了四種有關(guān)任務(wù)規(guī)劃問題的方法,這就是非層次規(guī)劃、層次規(guī)劃、估價(jià)式規(guī)劃和機(jī)遇式規(guī)劃。路徑規(guī)劃一般分解為尋空間和尋路徑兩個(gè)子問題。尋空間是指在某個(gè)指定的區(qū)域R中,確定物體A的安全位置,使它不與區(qū)域中的其他物體相碰撞。尋路徑是指在某個(gè)指定的區(qū)域R中,確定物體A從初始位置移動(dòng)到目標(biāo)位置的安全路徑,使得移動(dòng)過程不會(huì)發(fā)生與其他物體的碰撞。路徑規(guī)劃的方法有假設(shè)-測(cè)試法、

罰函數(shù)法、

位姿空間法、

旋轉(zhuǎn)映射圖法等。

任務(wù)規(guī)劃需要解決三個(gè)基本技術(shù)問題：?jiǎn)栴}或狀態(tài)的表示、搜8近年來,隨著計(jì)算智能技術(shù)的飛速發(fā)展,人們也把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入了機(jī)器人規(guī)劃。例如,利用一種并列連接的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)地進(jìn)行無碰撞路徑規(guī)劃。該網(wǎng)絡(luò)對(duì)一系列的路徑點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃,其目標(biāo)使得整個(gè)路徑的長(zhǎng)度盡量短,同時(shí)又要盡可能遠(yuǎn)離障礙物。從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看,它等效于一個(gè)代價(jià)函數(shù),該代價(jià)函數(shù)為路徑長(zhǎng)度和碰撞次數(shù)的函數(shù)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：(1)算法固有的并行性可用并行硬件來實(shí)現(xiàn),對(duì)于有較多障礙物、有較多路徑點(diǎn)以及物體上有較多測(cè)試點(diǎn)的情況,可達(dá)到實(shí)時(shí)應(yīng)用的程度。(2)算法的并行性使得所規(guī)劃的路徑可以達(dá)到任意高的精度而不增加計(jì)算時(shí)間。

近年來,隨著計(jì)算智能技術(shù)的飛速發(fā)展,人們也把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)915.4機(jī)

器

人

控

制

機(jī)器人控制即運(yùn)動(dòng)控制,包括位置控制和力控制。位置控制就是對(duì)于運(yùn)動(dòng)規(guī)劃給出的運(yùn)動(dòng)軌跡,控制機(jī)器人的肢體(如機(jī)械手)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。力控制則是對(duì)機(jī)器人的肢體所發(fā)出的作用力(如機(jī)械手的握力和推力)大小的控制。運(yùn)動(dòng)控制涉及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性,所以,運(yùn)動(dòng)控制研究需要許多運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)知識(shí)。總的來說,機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制比較困難,主要原因在于要求的運(yùn)動(dòng)軌跡是在直角坐標(biāo)空間中給定的,而實(shí)際的運(yùn)動(dòng)卻是通過安裝在關(guān)節(jié)上的驅(qū)動(dòng)部件來實(shí)現(xiàn)的。因而需要將機(jī)械手末端在直角坐標(biāo)空間的運(yùn)動(dòng)變換到關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng),也就是需要進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算。這個(gè)計(jì)算取決于機(jī)器人的手臂參數(shù)以及所使用的算法。我們知道,具有四肢的動(dòng)物(包括人類),運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)很自然地完成從目標(biāo)空間到驅(qū)動(dòng)器(肌肉)的轉(zhuǎn)換。這個(gè)轉(zhuǎn)換能力一方面是先天遺傳的,另一方面也是通過后天學(xué)習(xí)不斷完善的。

15.4機(jī)器人控制機(jī)器人控制即運(yùn)動(dòng)控制,包10生物系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制為機(jī)器人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制提供了很好的參考模型。這種控制不需要各個(gè)變量之間的準(zhǔn)確的解析關(guān)系模型,而只要通過大量的例子的訓(xùn)練即可實(shí)現(xiàn)。因此,在機(jī)器人控制中廣泛采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。在運(yùn)動(dòng)學(xué)的控制方法中,分解運(yùn)動(dòng)速度的方法是比較典型的一種。它是一種在直角坐標(biāo)空間而不是在關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間進(jìn)行閉環(huán)控制的方法。對(duì)于那些需要準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤的任務(wù),如弧焊等,必須采用這樣的控制方法。分解運(yùn)動(dòng)速度的方法的關(guān)鍵是速度逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算,這個(gè)計(jì)算不僅需要有效的雅可比矩陣求逆算法,而且需要知道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。如果采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),則可不必知道這些參數(shù),因此它可作為求解速度逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的另一種頗具吸引力的方法。

生物系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制為機(jī)器人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制提供了很好的參考11通常的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制主要是基于正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算。這種控制方法不但計(jì)算繁瑣,而且需要經(jīng)常校準(zhǔn)才能保持精度。為此,人們提出了一種雙向映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制。這種網(wǎng)絡(luò)主要由一個(gè)前饋網(wǎng)組成,隱層為正弦激勵(lì)函數(shù)。從網(wǎng)絡(luò)的輸出到輸入有一個(gè)反饋連接,形成循環(huán)回路。正向網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,反饋連接起修改網(wǎng)絡(luò)的輸入(關(guān)節(jié)變量),以使網(wǎng)絡(luò)的輸出(末端位姿)向著期望的位姿點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。這種雙向映射網(wǎng)絡(luò)不但能夠提供精確的正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算,并且只需要簡(jiǎn)單的訓(xùn)練。

通常的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)控制主要是基于正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算。這種12在動(dòng)力學(xué)控制中,關(guān)鍵是逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算。這里主要有兩方面的問題,一是計(jì)算工作量很大,難以滿足實(shí)時(shí)控制的要求；二是需要知道機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)。要獲得這些參數(shù),尤其是動(dòng)力學(xué)參數(shù)往往是很困難的。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)逆動(dòng)力學(xué)的計(jì)算,原則上可以克服上述兩個(gè)問題。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的并行計(jì)算的特點(diǎn),它完全滿足實(shí)時(shí)性的要求,同時(shí)它是通過輸入輸出的數(shù)據(jù)樣本經(jīng)過學(xué)習(xí)而獲得動(dòng)力學(xué)的非線性關(guān)系,因而它并不依賴于機(jī)器人參數(shù)。

在動(dòng)力學(xué)控制中,關(guān)鍵是逆動(dòng)力學(xué)計(jì)算。這里主要有兩方面的13在力控制中,無論是采用經(jīng)典控制還是現(xiàn)代控制,都存在建模難題。因此,人們將智能控制技術(shù)引入機(jī)器人力控制中,產(chǎn)生了智能力控制方法。該方法應(yīng)用遞階協(xié)調(diào)控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)力控制系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中,力/位反饋并行輸入,模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制對(duì)輸入信息進(jìn)行并行非線性處理和綜合,將處理結(jié)果(位置量)輸出給位置伺服子系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)具有高速響應(yīng),能夠完成機(jī)器人在行走中與剛性表面接觸而產(chǎn)生位移時(shí)的實(shí)時(shí)控制。

在力控制中,無論是采用經(jīng)典控制還是現(xiàn)代控制,都存在建14智能機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)通常被設(shè)計(jì)成多處理機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò),并采用智能控制的分層遞階結(jié)構(gòu)。如在縱向,自頂向下分為四層,每一層完成不同級(jí)別的功能。第一層負(fù)責(zé)任務(wù)規(guī)劃,把目標(biāo)任務(wù)分解為初級(jí)任務(wù)序列。第二層負(fù)責(zé)路徑規(guī)劃,把初級(jí)移動(dòng)命令分解為一系列字符串,這些字符串定義了一條可避免碰撞和死點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)路徑。第三層的基本功能是計(jì)算慣量動(dòng)力學(xué)并產(chǎn)生平滑軌跡,在基本坐標(biāo)系中控制末端執(zhí)行器。第四層為伺服和坐標(biāo)變換,完成從基本坐標(biāo)到關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換以及關(guān)節(jié)位置、

速度和力的伺服控制。智能機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)通常被設(shè)計(jì)成多處理機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò),并1515.5機(jī)器人系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)到目前為止最流行的混合體系結(jié)構(gòu)是三層體系結(jié)構(gòu),它由一個(gè)反應(yīng)層、一個(gè)執(zhí)行層和一個(gè)思考層組成。反應(yīng)層為機(jī)器人提供低層次的控制。它的特征是具有緊密的傳感器-行動(dòng)循環(huán)。它的決策循環(huán)通常是以毫秒計(jì)的。

15.5機(jī)器人系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)到目前為止最流行的混合體系16執(zhí)行層(或序列化層)起著反應(yīng)層和思考層之間的粘合劑的作用。它接收由思考層發(fā)出的指令,序列化以后傳送給反應(yīng)層。例如,執(zhí)行層將會(huì)處理一系列由思考式路徑規(guī)劃器生成的通過點(diǎn),并作出采取哪種反應(yīng)行為的決策。執(zhí)行層的決策循環(huán)通常是以秒計(jì)的。執(zhí)行層還負(fù)責(zé)將傳感器的信息整合到一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)表示中。例如,它將掌管機(jī)器人定位和聯(lián)機(jī)繪制地圖等任務(wù)。

執(zhí)行層(或序列化層)起著反應(yīng)層和思考層之間的粘合劑的作用17思考層利用規(guī)劃生成復(fù)雜問題的全局解。因?yàn)樯蛇@一類解的過程中涉及計(jì)算復(fù)雜度,它的決策循環(huán)通常是以分鐘計(jì)的。思考層(或規(guī)劃層)使用模型進(jìn)行決策。這些模型可以事先提供或者從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)得到,它們通常利用了在執(zhí)行層收集到的狀態(tài)信息。三層體系結(jié)構(gòu)的各種變體可以在大多數(shù)現(xiàn)代機(jī)器人軟件系統(tǒng)中找到。當(dāng)然,三個(gè)層次的劃分并不是非常嚴(yán)格的。一些機(jī)器人軟件系統(tǒng)具有更多的層次,例如還可有用于控制人機(jī)交互的用戶接口層,或者負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)機(jī)器人與在同一環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的其他機(jī)器人的行動(dòng)的軟件層等。

思考層利用規(guī)劃生成復(fù)雜問題的全局解。因?yàn)樯蛇@一類解的過1815.6機(jī)器人程序設(shè)計(jì)與語言

15.6.1機(jī)器人程序設(shè)計(jì)1.直接示教方式直接示教方式也稱示教再現(xiàn)方式,其具體做法是,使用示教盒根據(jù)作業(yè)的需要把機(jī)器人的手爪送到作業(yè)所需要的位置上去,并處于所需要的姿態(tài),然后把這一位置、姿態(tài)存儲(chǔ)起來。對(duì)作業(yè)空間的各軌跡點(diǎn)重復(fù)上述操作,機(jī)器人就把整個(gè)作業(yè)程序記憶了下來。工作時(shí),再現(xiàn)上述操作就能使機(jī)器人完成預(yù)定的作業(yè),同時(shí)可以反復(fù)同樣的作業(yè)過程。直接示教法的優(yōu)點(diǎn)是不需要預(yù)備知識(shí),不需要復(fù)雜的計(jì)算機(jī)裝置。所以被廣泛使用,尤其適合單純的重復(fù)性作業(yè),例如搬運(yùn)、噴漆、焊接等。

15.6機(jī)器人程序設(shè)計(jì)與語言15.6.1機(jī)器人程序設(shè)計(jì)19直接示教法的缺點(diǎn)是:(1)示教時(shí)間長(zhǎng)、速度慢。(2)不同的機(jī)器人,或者即使同一個(gè)機(jī)器人,對(duì)于不同的任務(wù)都需要重新示教。(3)無法接受感覺信息的反饋。(4)無法控制多臺(tái)機(jī)器人的協(xié)調(diào)動(dòng)作。

直接示教法的缺點(diǎn)是:20

2.離線數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)方式

離線數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)方式就是使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),計(jì)算出為了完成某一作業(yè),機(jī)器人手爪應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的位置和姿態(tài),即用CAD的方法產(chǎn)生示教數(shù)據(jù)。這一方式克服了直接示教法的缺點(diǎn),對(duì)于復(fù)雜的作業(yè),或許要給出連續(xù)的數(shù)據(jù)時(shí),采用此方法是比較合適的。

2.離線數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)方式21

3.機(jī)器人語言方式

機(jī)器人語言方式就是使用機(jī)器人程序設(shè)計(jì)語言編程,使機(jī)器人按程序完成作業(yè)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是:(1)由于用計(jì)算機(jī)代替了手動(dòng)示教,提高了編程效率。(2)語言編程與機(jī)器人型號(hào)無關(guān),編好的程序可供多臺(tái)機(jī)器人或不同型號(hào)的機(jī)器人使用。(3)可以接受感覺信息。(4)可以協(xié)調(diào)多臺(tái)機(jī)器人工作。(5)可以引入邏輯判斷、決策、規(guī)劃功能以及人工智能的其他方法。

3.機(jī)器人語言方式2215.6.2機(jī)器人程序設(shè)計(jì)語言機(jī)器人程序設(shè)計(jì)語言一般是一種專用語言,即用符號(hào)來描述機(jī)器人的動(dòng)作。這種語言類似于通常的計(jì)算機(jī)的程序設(shè)計(jì)語言,但有所區(qū)別。一般所說的計(jì)算機(jī)語言,只指語言本身,而機(jī)器人語言實(shí)際上是一個(gè)語言系統(tǒng)。機(jī)器人語言系統(tǒng)既包含語言本身——給出作業(yè)的指示和動(dòng)作指示,又包含處理系統(tǒng)——根據(jù)上述指示來控制機(jī)器人系統(tǒng),另外還包括了機(jī)器人的工作環(huán)境模型。

15.6.2機(jī)器人程序設(shè)計(jì)語言23根據(jù)作業(yè)描述水平的高低,機(jī)器人語言通常分為三級(jí):動(dòng)作水平級(jí)、對(duì)象物水平級(jí)和作業(yè)目標(biāo)水平級(jí)(也稱任務(wù)級(jí))。動(dòng)作水平級(jí)語言是以機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)作為作業(yè)描述的中心,由使手爪從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的一系列命令組成。對(duì)象物水平級(jí)語言是以部件之間的相互關(guān)系為中心來描述作業(yè)的,與機(jī)器人的動(dòng)作無關(guān)。作業(yè)目標(biāo)水平級(jí)語言則是以作業(yè)的最終目標(biāo)狀態(tài)和機(jī)器人動(dòng)作的一般規(guī)則的形式來描述作業(yè)的。

根據(jù)作業(yè)描述水平的高低,機(jī)器人語言通常分為三級(jí):動(dòng)作24這種分類法較好地反映了語言的水平和功能,但在級(jí)與級(jí)之間還有些模糊或混亂,所以,另一種分類法將機(jī)器人語言分為五級(jí):操作水平級(jí)、原始動(dòng)作水平級(jí)、結(jié)構(gòu)性動(dòng)作水平級(jí)、對(duì)象物狀態(tài)水平級(jí)和作業(yè)目標(biāo)水平級(jí)。機(jī)器人程序設(shè)計(jì)語言研究是智能機(jī)器人研究的重要方面。這方面現(xiàn)在也有不少成果,人們已經(jīng)開發(fā)出了許多機(jī)器人語言。這些語言有匯編型的,如VAL語言;有解釋型的,如AML;有編譯型的,如AL、LM語言;還有自然語言型的,如AUTOPASS等。

這種分類法較好地反映了語言的水平和功能,但在級(jí)與級(jí)之間25近年來,機(jī)器人程序設(shè)計(jì)語言有了很大發(fā)展,簡(jiǎn)介如下:——通用機(jī)器人語言GRL(GenericRobotLanguage,Horswill,2000)。該語言是一種用于編寫大型模塊化控制系統(tǒng)的函數(shù)程序設(shè)計(jì)語言。正如在行為語言中一樣,GRL采用有限狀態(tài)機(jī)作為它的基本建造模塊。在此之上,它比行為模型提供了范圍更廣的結(jié)構(gòu)用于定義通信流,以及不同模塊之間的同步約束。用GRL寫的程序可以被編譯成高效的指令語言,如C語言。

近年來,機(jī)器人程序設(shè)計(jì)語言有了很大發(fā)展,簡(jiǎn)介如下:26——反應(yīng)式行動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)RAPS。該語言是一種用于并發(fā)機(jī)器人軟件的重要程序設(shè)計(jì)語言,它使程序員能夠?qū)δ繕?biāo)、與這些目標(biāo)相關(guān)的規(guī)劃(或不完全策略)和那些有可能使規(guī)劃成功的條件進(jìn)行指定。重要的是,RAPS還提供了一些措施用于處理那些在實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)中不可避免發(fā)生的失敗。程序員可以指定檢測(cè)各種失敗的例行程序,并為每一種失敗提供處理異常的過程。在三層體系結(jié)構(gòu)中,RAPS通常用在執(zhí)行層,處理那些不需要重新進(jìn)行規(guī)劃的偶發(fā)事件。

——反應(yīng)式行動(dòng)規(guī)劃系統(tǒng)RAPS。該語言是一種用于并發(fā)機(jī)器27——GOLOG。該語言是一種將思考式問題求解(規(guī)劃)和反應(yīng)式控制的直接確定進(jìn)行無縫結(jié)合的程序設(shè)計(jì)語言。用GOLOG寫的程序通過情景演算進(jìn)行形式化表示,并使用了非確定性的行動(dòng)算子的附加選項(xiàng)。除了用可能的非確定性行動(dòng)制定控制程序以外,程序員還必須提供機(jī)器人及其環(huán)境的完整模型。一旦控制程序到達(dá)一個(gè)非確定性的選擇點(diǎn),一個(gè)規(guī)劃器(具有理論證明機(jī)的形式)就被觸發(fā),用來決定下一步該做什么。這樣,程序員就能夠指定部分控制器,并依靠?jī)?nèi)置的規(guī)劃器來做出最終的控制選擇。GOLOG的優(yōu)美性體現(xiàn)在它對(duì)反應(yīng)和思考的無縫整合上。盡管GOLOG需要很強(qiáng)的條件(完全可觀察性、離散的狀態(tài)、完整的模型),但它已經(jīng)為一系列室內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人提供了高級(jí)控制。

——GOLOG。該語言是一種將思考式問題求解(規(guī)劃)和反28