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智能控制期末論文課程：智能控制題目：人工智能與機(jī)器人姓名：吳亞平學(xué)號(hào)：201030530220專(zhuān)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(jī)器人摘要：本文對(duì)人工智能理論進(jìn)行了簡(jiǎn)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(shì)。關(guān)鍵字：人工智能；智能控制；專(zhuān)家系統(tǒng)；模糊控制；神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)智能機(jī)器人的廣泛應(yīng)用 現(xiàn)代智能機(jī)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(cè)、作戰(zhàn)、偵察、搜集情報(bào)、搶險(xiǎn)、服務(wù)等工作，模擬完成人類(lèi)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(jī)器人按照工作場(chǎng)所的不同，可以分為管道、水下、空中、地面機(jī)器人等。管道機(jī)器人可以用來(lái)檢測(cè)管道使用過(guò)程中的破裂、腐蝕和焊縫質(zhì)量情況，在惡劣環(huán)境下承擔(dān)管道的清掃、噴涂、焊接、內(nèi)部拋光等維護(hù)工作,對(duì)地下管道進(jìn)行修復(fù)；水下機(jī)器人可以用于進(jìn)行海洋科學(xué)研究、海上石油開(kāi)發(fā)、海底礦藏勘探、海底打撈救生等；空中機(jī)器人可以用于通信、氣象、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、交通、廣播電視等方面；服務(wù)機(jī)器人半自主或全自主工作、為人類(lèi)提供服務(wù)，其中醫(yī)用機(jī)器人具有良好的應(yīng)用前景；仿人機(jī)器人的形狀與人類(lèi)似，具有移動(dòng)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(jī)交互；微型機(jī)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(jī)電系統(tǒng)、光學(xué)、超精密加工及測(cè)量(如:掃描隧道顯微鏡) 等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。在國(guó)防領(lǐng)域中，軍用智能機(jī)器人得到前所未有的重視和發(fā)展，近年來(lái),美英等國(guó)研制出第二代軍用智能機(jī)器人，其特點(diǎn)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(chǎng)上具有看、嗅等能力,能夠自動(dòng)跟蹤地形和選擇道路，具有自動(dòng)搜索、識(shí)別和消滅敵方目標(biāo)的功能。如美國(guó)的Navplab自主導(dǎo)航車(chē),SSV自主地面戰(zhàn)車(chē)等。在未來(lái)的軍事智能機(jī)器人中，還會(huì)有智能戰(zhàn)斗機(jī)器人、智能偵察機(jī)器人、智能警戒機(jī)器人、智能工兵機(jī)器人、智能運(yùn)輸機(jī)器人等等，成為國(guó)防裝備中新的亮點(diǎn)。 在服務(wù)工作方面，世界各國(guó)尤其是西方發(fā)達(dá)國(guó)家都在致力于研究開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用服務(wù)智能機(jī)器人，以清潔機(jī)器人為例，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)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(lái)，這就使得清潔機(jī)器人進(jìn)入家庭成為可能。日本公司研制的地面清掃機(jī)器人，可沿墻壁從任何一個(gè)位置自動(dòng)啟動(dòng)，利用不斷旋轉(zhuǎn)的刷子將廢棄物掃入自帶容器中；車(chē)站地面擦洗機(jī)器人工作時(shí)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(dòng)清掃機(jī)器人可用于各種工廠的清掃工作。美國(guó)的一款清潔機(jī)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(jī)器人“三葉蟲(chóng)”，表面光滑，呈圓形，內(nèi)置搜索雷達(dá)，可以迅速地探測(cè)到并避開(kāi)桌腿、玻璃器皿、寵物或任何其它障礙物。一旦微處理器識(shí)別出這些障礙物，它可重新選擇路線，并對(duì)整個(gè)房間做出重新判斷與計(jì)算，以保證房間的各個(gè)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(lái)在國(guó)際上迅速開(kāi)展起來(lái)足球機(jī)器人與機(jī)器人足球高技術(shù)對(duì)抗活動(dòng)，國(guó)際上已成立相關(guān)的聯(lián)合會(huì)FIRA，許多地區(qū)也成立了地區(qū)協(xié)會(huì)，已達(dá)到比較正規(guī)的程度且有相當(dāng)?shù)囊?guī)模和水平。機(jī)器人足球賽目的是將足球(高爾夫球) 撞入對(duì)方球門(mén)取勝。球場(chǎng)上空(2m ) 高懸掛的攝像機(jī)將比賽情況傳入計(jì)算機(jī)內(nèi)，由預(yù)裝的軟件作出恰當(dāng)?shù)臎Q策與對(duì)策，通過(guò)無(wú)線通訊方式將指揮命令傳給機(jī)器人。機(jī)器人協(xié)同作戰(zhàn)， 雙方對(duì)抗，形成一場(chǎng)激烈的足球比賽。在比賽過(guò)程中, 機(jī)器人可以隨時(shí)更新它的位置每當(dāng)它穿過(guò)地面線截面，雙方的教練員與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員不得進(jìn)行干預(yù)。機(jī)器人足球融計(jì)算機(jī)視覺(jué)、模式識(shí)別、決策對(duì)策、無(wú)線數(shù)字通訊、自動(dòng)控制與最優(yōu)控制、智能體設(shè)計(jì)與電力傳動(dòng)等技術(shù)于一體，是一個(gè)典型的智能機(jī)器人系統(tǒng)?，F(xiàn)代智能機(jī)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(gè)方面，像在煤炭工業(yè)在礦業(yè)方面，考慮到社會(huì)上對(duì)煤炭需求量日益增長(zhǎng)的趨勢(shì)和煤炭開(kāi)采的惡劣環(huán)境，將智能機(jī)器人應(yīng)用于礦業(yè)勢(shì)在必行。在建筑方面，有高層建筑抹灰機(jī)器人、預(yù)制件安裝機(jī)器人、室內(nèi)裝修機(jī)器人、擦玻璃機(jī)器人、地面拋光機(jī)器人等。在核工業(yè)方面，主要研究機(jī)構(gòu)靈巧、動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重量輕的機(jī)器人等等。智能機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，人們期望智能機(jī)器人能在更多的領(lǐng)域?yàn)槿祟?lèi)服務(wù)，代替人類(lèi)完成更多更復(fù)雜的工作。何謂人工智能“人工智能”(Artificial Intelligence)簡(jiǎn)稱(chēng)AI它是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。人們認(rèn)為“人工智能”是計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的前沿科技領(lǐng)域。因此,“人工智能”與計(jì)算機(jī)軟件有密切的關(guān)系。人工智能是“類(lèi)人”機(jī)器人所需要的算法和技術(shù)，也就是說(shuō)我們研究的主題是高級(jí)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(jì)算機(jī)軟件去實(shí)現(xiàn),另一方面,許多聰明的計(jì)算機(jī)軟件也應(yīng)用了人工智能的理論方法和技術(shù)。例如,專(zhuān)家系統(tǒng)軟件,機(jī)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(dòng)化的通信設(shè)備。人工智能是從思維、感知、行為三層次和機(jī)器智能、智能機(jī)器兩方面研究模擬、延伸與擴(kuò)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(jì)算機(jī)打印常用的報(bào)表,進(jìn)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(jì)算機(jī)給人看病,進(jìn)行病理診斷和藥物處方,或者,用計(jì)算機(jī)給機(jī)器看病,進(jìn)行故障診斷和維修處理,就需要計(jì)算機(jī)有人工智能。人工智能學(xué)科領(lǐng)域中有一個(gè)重要的學(xué)科分支是“專(zhuān)家系統(tǒng)”(Expert System),簡(jiǎn)稱(chēng)代寫(xiě)論文ES。就是用計(jì)算機(jī)去模擬、延伸和擴(kuò)展專(zhuān)家的智能?；趯?zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),可以求解專(zhuān)業(yè)性問(wèn)題的、具有人工智能的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。如:醫(yī)療診斷專(zhuān)家系統(tǒng),故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)等。人工智能要解決的問(wèn)題主要是以下幾個(gè)方面：一、識(shí)別過(guò)程，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(yǔ)音、文字、觸覺(jué)、味覺(jué)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。二、智能運(yùn)算過(guò)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)。三、控制過(guò)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(wèn)題。 在機(jī)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(zhuān)家系統(tǒng)框架性知識(shí)推理機(jī)初始信息 模式識(shí)別模塊規(guī)則 操作員數(shù)字界面 機(jī)器人控制器+-圖1： 機(jī)器人控制中的模糊控制十幾年來(lái)，用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制機(jī)器人變得非常流行從控制的角度來(lái)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(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)的能力。(3)強(qiáng)壯的平行多處理能力。(4)在尚未進(jìn)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(lái)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(jī)器人傳統(tǒng)控制之外的另一個(gè)可行的控制方法。他可以模擬人類(lèi)的思維方式。在機(jī)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(diǎn)。它可以被訓(xùn)練來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)的正解和逆解?？梢詠?lái)表示n個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)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(jī)械臂，許多人已經(jīng)進(jìn)行的大量的研究。人工智能在智能機(jī)器人中應(yīng)用所要經(jīng)過(guò)的過(guò)程為：1、人工智能實(shí)體將首先在精確思維能力上超過(guò)人，然后在模糊思維能力上超過(guò)人。2、由于創(chuàng)造力是個(gè)性化的產(chǎn)物，較高的創(chuàng)造力不是復(fù)制及經(jīng)驗(yàn)的吸收所能產(chǎn)生的，它需要通過(guò)個(gè)性化的學(xué)習(xí)來(lái)獲得，而個(gè)性化的學(xué)習(xí)不是短時(shí)間內(nèi)所能完成的，因而人工智能實(shí)體在創(chuàng)造力上全面超過(guò)人將需要較長(zhǎng)的時(shí)間。一旦人工智能實(shí)體的創(chuàng)造力超過(guò)人其智力水平也就能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人。結(jié)語(yǔ)不難看出，不久的將來(lái)，“智能機(jī)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(lái)越重要的作用。今天，盡管我們的機(jī)器人已經(jīng)具備了一定的智能，但距離真正的“智能機(jī)器人”還有相當(dāng)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(duì)人腦的工作方式的理解進(jìn)一步的加深，隨著機(jī)器視覺(jué)和自然語(yǔ)言理解等人工智能領(lǐng)域在機(jī)器人上的應(yīng)用，機(jī)器人終將成為真正意義上的“智能機(jī)器人”。這是充滿(mǎn)了生機(jī)與活力科研領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)1.劉金琨.智能控制（第二版）.電子工業(yè)出版社.2009.7