智能控制期末論文.doc

智能控制期末論文課程：智能控制題目：人工智能與機器人姓名：吳亞平學(xué)號：201030530220專業(yè)：電氣（2）指導(dǎo)老師：孫振剛?cè)掌冢?013/5/20人工智能與機器人摘要：本文對人工智能理論進行了簡要的闡述，淺析人工智能(AI)在各種智能控制技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。最后，展望人工智能和智能控制的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵字：人工智能；智能控制；專家系統(tǒng)；模糊控制；神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)智能機器人的廣泛應(yīng)用 現(xiàn)代智能機器人基本能按人的指令完成各種比較復(fù)雜的工作，如深海探測、作戰(zhàn)、偵察、搜集情報、搶險、服務(wù)等工作，模擬完成人類不能或不愿完成的任務(wù)，不僅能自主完成工作,而且能與人共同協(xié)作完成任務(wù)或在人的指導(dǎo)下完成任務(wù)，在不同領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 智能機器人按照工作場所的不同，可以分為管道、水下、空中、地面機器人等。管道機器人可以用來檢測管道使用過程中的破裂、腐蝕和焊縫質(zhì)量情況，在惡劣環(huán)境下承擔管道的清掃、噴涂、焊接、內(nèi)部拋光等維護工作,對地下管道進行修復(fù)；水下機器人可以用于進行海洋科學(xué)研究、海上石油開發(fā)、海底礦藏勘探、海底打撈救生等；空中機器人可以用于通信、氣象、災(zāi)害監(jiān)測、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面；服務(wù)機器人半自主或全自主工作、為人類提供服務(wù)，其中醫(yī)用機器人具有良好的應(yīng)用前景；仿人機器人的形狀與人類似，具有移動功能、操作功能、感知功能、記憶和自治能力，能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互；微型機器人以納米技術(shù)為基礎(chǔ)在生物工程、醫(yī)學(xué)工程、微型機電系統(tǒng)、光學(xué)、超精密加工及測量(如:掃描隧道顯微鏡) 等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。在國防領(lǐng)域中，軍用智能機器人得到前所未有的重視和發(fā)展，近年來,美英等國研制出第二代軍用智能機器人，其特點是采用自主控制方式，能完成偵察、作戰(zhàn)和后勤支援等任務(wù)，在戰(zhàn)場上具有看、嗅等能力,能夠自動跟蹤地形和選擇道路，具有自動搜索、識別和消滅敵方目標的功能。如美國的Navplab自主導(dǎo)航車,SSV自主地面戰(zhàn)車等。在未來的軍事智能機器人中，還會有智能戰(zhàn)斗機器人、智能偵察機器人、智能警戒機器人、智能工兵機器人、智能運輸機器人等等，成為國防裝備中新的亮點。 在服務(wù)工作方面，世界各國尤其是西方發(fā)達國家都在致力于研究開發(fā)和廣泛應(yīng)用服務(wù)智能機器人，以清潔機器人為例，隨著科學(xué)技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，人們希望更多地從繁瑣的日常事務(wù)中解脫出來，這就使得清潔機器人進入家庭成為可能。日本公司研制的地面清掃機器人，可沿墻壁從任何一個位置自動啟動，利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃入自帶容器中；車站地面擦洗機器人工作時一面將清洗液噴灑到地面上，一面用旋轉(zhuǎn)刷不停地擦洗地面，并將臟水吸入所帶的容器中；工廠的自動清掃機器人可用于各種工廠的清掃工作。美國的一款清潔機器人“Roomba”具有高度自主能力，可以游走于房間各家具縫隙間，靈巧地完成清掃工作。瑞典的一款機器人“三葉蟲”，表面光滑，呈圓形，內(nèi)置搜索雷達，可以迅速地探測到并避開桌腿、玻璃器皿、寵物或任何其它障礙物。一旦微處理器識別出這些障礙物，它可重新選擇路線，并對整個房間做出重新判斷與計算，以保證房間的各個角落都被清掃。 甚至在體育比賽方面，也得到了很大的發(fā)展，近年來在國際上迅速開展起來足球機器人與機器人足球高技術(shù)對抗活動，國際上已成立相關(guān)的聯(lián)合會FIRA，許多地區(qū)也成立了地區(qū)協(xié)會，已達到比較正規(guī)的程度且有相當?shù)囊?guī)模和水平。機器人足球賽目的是將足球(高爾夫球) 撞入對方球門取勝。球場上空(2m ) 高懸掛的攝像機將比賽情況傳入計算機內(nèi)，由預(yù)裝的軟件作出恰當?shù)臎Q策與對策，通過無線通訊方式將指揮命令傳給機器人。機器人協(xié)同作戰(zhàn)， 雙方對抗，形成一場激烈的足球比賽。在比賽過程中, 機器人可以隨時更新它的位置每當它穿過地面線截面，雙方的教練員與系統(tǒng)開發(fā)人員不得進行干預(yù)。機器人足球融計算機視覺、模式識別、決策對策、無線數(shù)字通訊、自動控制與最優(yōu)控制、智能體設(shè)計與電力傳動等技術(shù)于一體，是一個典型的智能機器人系統(tǒng)?，F(xiàn)代智能機器人不僅在上述方面有廣泛應(yīng)用，而將滲透到生活的各個方面，像在煤炭工業(yè)在礦業(yè)方面，考慮到社會上對煤炭需求量日益增長的趨勢和煤炭開采的惡劣環(huán)境，將智能機器人應(yīng)用于礦業(yè)勢在必行。在建筑方面，有高層建筑抹灰機器人、預(yù)制件安裝機器人、室內(nèi)裝修機器人、擦玻璃機器人、地面拋光機器人等。在核工業(yè)方面，主要研究機構(gòu)靈巧、動作準確可靠、反應(yīng)快、重量輕的機器人等等。智能機器人的應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴大，人們期望智能機器人能在更多的領(lǐng)域為人類服務(wù)，代替人類完成更多更復(fù)雜的工作。何謂人工智能“人工智能”(Artificial Intelligence)簡稱AI它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人們認為“人工智能”是計算機科學(xué)技術(shù)的前沿科技領(lǐng)域。因此,“人工智能”與計算機軟件有密切的關(guān)系。人工智能是“類人”機器人所需要的算法和技術(shù)，也就是說我們研究的主題是高級智能的本質(zhì)，而不是其外在表現(xiàn)和輔助部件。一方面,各種人工智能應(yīng)用系統(tǒng)都要用計算機軟件去實現(xiàn),另一方面,許多聰明的計算機軟件也應(yīng)用了人工智能的理論方法和技術(shù)。例如,專家系統(tǒng)軟件,機器博奕軟件等。但是,“人工智能”不等于“軟件”,除了軟件以外,還有硬件及其他自動化的通信設(shè)備。人工智能是從思維、感知、行為三層次和機器智能、智能機器兩方面研究模擬、延伸與擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及其應(yīng)用的技術(shù)學(xué)科。例如,用計算機打印常用的報表,進行一些常規(guī)的文字處理,都是程序化的操作,談不上有智能。但是,用計算機給人看病,進行病理診斷和藥物處方,或者,用計算機給機器看病,進行故障診斷和維修處理,就需要計算機有人工智能。人工智能學(xué)科領(lǐng)域中有一個重要的學(xué)科分支是“專家系統(tǒng)”(Expert System),簡稱代寫論文ES。就是用計算機去模擬、延伸和擴展專家的智能。基于專家的知識和經(jīng)驗,可以求解專業(yè)性問題的、具有人工智能的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。如:醫(yī)療診斷專家系統(tǒng),故障診斷專家系統(tǒng)等。人工智能要解決的問題主要是以下幾個方面：一、識別過程，外界輸入的信息向概念邏輯信息轉(zhuǎn)譯，將動態(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（大腦中的信息存儲形式）的概念邏輯信息。二、智能運算過程，輸入信息刺激自我學(xué)習、信息檢索、邏輯判斷、決策，并產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)。三、控制過程，將需要輸出的反應(yīng)轉(zhuǎn)譯為肢體運動和媒介信息。實用機器人在第三個方面做得比較多，而識別和智能運算是很弱的，尤其是概念知識的存儲形式、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解決的問題。 在機器人控制中常用的智能控制方式是模糊控制。如圖1所示。 專家系統(tǒng)框架性知識推理機初始信息 模式識別模塊規(guī)則 操作員數(shù)字界面 機器人控制器+-圖1： 機器人控制中的模糊控制十幾年來，用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來控制機器人變得非常流行從控制的角度來考慮，神經(jīng)元控制具有如下一些特性:(l)分布式的非線性。(2)從經(jīng)驗進行學(xué)習的能力。(3)強壯的平行多處理能力。(4)在尚未進行訓(xùn)練情況下的表現(xiàn)。神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)采用不同的結(jié)構(gòu)可用于不同的應(yīng)用，因此它引起了人們廣泛的興趣。從控制的角度來看，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在非線性控制方面的表現(xiàn)是最突出的。由于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)不是基于模型的，因此他被看作是機器人傳統(tǒng)控制之外的另一個可行的控制方法。他可以模擬人類的思維方式。在機器人控制方面，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)還有一些很特別的優(yōu)點。它可以被訓(xùn)練來進行運動學(xué)的正解和逆解?？梢詠肀硎緉個關(guān)節(jié)的機械臂的各種輸人與輸出關(guān)系。關(guān)于用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制機械臂，許多人已經(jīng)進行的大量的研究。人工智能在智能機器人中應(yīng)用所要經(jīng)過的過程為：1、人工智能實體將首先在精確思維能力上超過人，然后在模糊思維能力上超過人。2、由于創(chuàng)造力是個性化的產(chǎn)物，較高的創(chuàng)造力不是復(fù)制及經(jīng)驗的吸收所能產(chǎn)生的，它需要通過個性化的學(xué)習來獲得，而個性化的學(xué)習不是短時間內(nèi)所能完成的，因而人工智能實體在創(chuàng)造力上全面超過人將需要較長的時間。一旦人工智能實體的創(chuàng)造力超過人其智力水平也就能遠遠超過人。結(jié)語不難看出，不久的將來，“智能機器人”將在工業(yè)、服務(wù)業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。今天，盡管我們的機器人已經(jīng)具備了一定的智能，但距離真正的“智能機器人”還有相當大的差距。隨著生理學(xué)，行為學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，隨著我們對人腦的工作方式的理解進一步的加深，隨著機器視覺和自然語言理解等人工智能領(lǐng)域在機器人上的應(yīng)用，機器人終將成為真正意義上的“智能機器人”。這是充滿了生機與活力科研領(lǐng)域。參考文獻1.劉金琨.智能控制（第二版）.電子工業(yè)出版社.2009.7