智能機(jī)器人智能的實(shí)現(xiàn)

SHANGHAIUNIVERSITY課程論文COURSEPAPER課程名稱(chēng):智能制造技術(shù)基礎(chǔ)與發(fā)展課程號(hào)：0900Y047 授課教師：學(xué)號(hào):——姓名：西木小卒所屬:社區(qū)學(xué)院智能機(jī)器人的智能的實(shí)現(xiàn)西木小卒( 社區(qū)學(xué)院)摘要智能機(jī)器人是一種可以代替人的高端自動(dòng)化裝備。本文側(cè)重于討論智能機(jī)器人控制部分，梳理了各種智能控制理論；并圍繞著智能是什么，智能控制怎么實(shí)現(xiàn)的這兩方面展開(kāi)了陳述。關(guān)鍵詞智能機(jī)器人/智能控制Theintelligentrobotisakindofadvancedautomaticequipmentthatcantakeplaceofhuman.Thisarticleconcentratesonthecontroloftheintelligentrobots;summarizesdifferenttheoriesofintelligentcontrolandputastatementaboutwhattheintelligenceisandhowtoachieveit.KeywordsIntelligenceRobot/IntelligentControl引言20世紀(jì)40年代計(jì)算機(jī)的發(fā)明和50年代人工智能的出現(xiàn)開(kāi)辟了利用智能機(jī)器代替人類(lèi)從事腦力勞動(dòng)的新紀(jì)元，從此我們不單單滿(mǎn)足于身體從勞動(dòng)中的解放，我們開(kāi)始致力于腦力勞動(dòng)的“機(jī)械化”。同時(shí)以智能控制為出發(fā)點(diǎn)探索智能機(jī)器人智能的研究就顯得很有意義。一、智能控制的實(shí)現(xiàn)首先要說(shuō)明一下，智能控制是人工智能，控制理論，計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科發(fā)展和融合的結(jié)果，智能機(jī)器人是它的一個(gè)很好的使用領(lǐng)域，筆者正是在這樣的背景之下討論智能實(shí)現(xiàn)的?？紤]到智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)是信息集成與協(xié)調(diào)，以及智能機(jī)器人面臨的動(dòng)態(tài)，不確定，非結(jié)構(gòu)化的工作環(huán)境，這就要求智能機(jī)器人對(duì)環(huán)境有較好的感知能力與自制能力，與之相應(yīng)的是其控制系統(tǒng)能夠處理復(fù)雜任務(wù)，即實(shí)現(xiàn)控制的智能化。下面是筆者在參考相關(guān)文獻(xiàn)后，按照控制系統(tǒng)的作用原理給出的分/XU、土-fy.4-EZ.類(lèi)供讀者參考。遞階控制系統(tǒng)遞階智能控制系統(tǒng)是在研究早期學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，從工程控制論的角度總結(jié)人工智能與自適應(yīng)，自學(xué)習(xí)，自組織的控制關(guān)系后形成的。其中薩里迪斯提出的控制方法最具影響力，其控制智能是根據(jù)分級(jí)管理系統(tǒng)中十分重要的“精度隨智能提高而降低”的原理而分級(jí)分配的。專(zhuān)家控制系統(tǒng)蔡自興教授根據(jù)Feigenbaum教授對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)的定義做出如下定義：專(zhuān)家系統(tǒng)是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)的程序系統(tǒng)，內(nèi)部包括某領(lǐng)域大量專(zhuān)家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類(lèi)專(zhuān)家知識(shí)和解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)處理該領(lǐng)域的高水平難題。也就是說(shuō)，專(zhuān)家系統(tǒng)是一種程序系統(tǒng)，可看作某領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，是?duì)某領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)的綜合。然后專(zhuān)家系統(tǒng)與工程控制論結(jié)合就形成了專(zhuān)家控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)為故障診斷，過(guò)程控制，解決工業(yè)控制難題等問(wèn)題提供了一種新的方法。模糊控制系統(tǒng)該系統(tǒng)基于模糊邏輯推理，模仿人類(lèi)思維具有模糊性的特點(diǎn)，對(duì)難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對(duì)象實(shí)施的一種規(guī)則性控制。它一方面提供一種實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的甚至語(yǔ)言描述的控制規(guī)律的新機(jī)理，另一方面提供改進(jìn)非線性控制器的替代方法，這些非線性控制器一般用于控制含不確定性與難以用傳統(tǒng)非線性控制理論處理的裝置。學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)是一個(gè)能在其運(yùn)行過(guò)程中逐步獲得受控過(guò)程及環(huán)境的非預(yù)知信息，積累控制經(jīng)驗(yàn)，并于一定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下估值，分類(lèi)，決策與不斷改進(jìn)系統(tǒng)品質(zhì)的自動(dòng)控制理論，它是對(duì)人類(lèi)學(xué)習(xí)功能的一種模仿、神經(jīng)控制系統(tǒng)其基本思想是從仿生學(xué)角度對(duì)人腦的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行模仿，使機(jī)器人具有人腦那樣的感知，學(xué)習(xí)與推理等智能。由于其擁有并行計(jì)算，非線性處理能力，通過(guò)訓(xùn)練獲得學(xué)習(xí)能力以及自適應(yīng)能力等一些適合控制的特性與能力，該系統(tǒng)適用于復(fù)雜系統(tǒng)，大系統(tǒng)和多變量系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)的控制。仿人智能控制系統(tǒng)此系統(tǒng)原形算法由周其鑒等人在20世紀(jì)80年代提出。他們認(rèn)為：應(yīng)將對(duì)人腦的宏觀結(jié)構(gòu)模擬與對(duì)人控制器的行為功能模擬結(jié)合，仿人智能控制的研究應(yīng)從分層遞階智能控制的最低層次(運(yùn)動(dòng)控制級(jí))著手，直接對(duì)人的控制經(jīng)驗(yàn)，技巧，以及各種知覺(jué)推理過(guò)程進(jìn)行測(cè)辨，概括和總結(jié)，匯編成各種簡(jiǎn)單實(shí)用，精度高，魯棒性強(qiáng)，能實(shí)時(shí)運(yùn)行的控制算法，用于實(shí)際控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)即在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，是指在某個(gè)區(qū)域內(nèi)一些現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),控制及操作設(shè)備和通信線路的集合，可供設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，使該區(qū)域內(nèi)不同地點(diǎn)的設(shè)備和用戶(hù)實(shí)現(xiàn)資源共享和協(xié)調(diào)操作。集成智能控制系統(tǒng)集成智能控制系統(tǒng)能夠集合智能控制方法等的長(zhǎng)處，彌補(bǔ)各自的短處。筆者經(jīng)分析后粗略地提煉出了上述智能控制理論大致的共同點(diǎn)：智能控制在某種意義上說(shuō)是控制系統(tǒng)具有“人”的智能，即仿生或擬人。另外上述各種方法都只能單方面或多方面但不全面地闡述能體現(xiàn)智能特點(diǎn)的控制行為(盡管有些智能控制系統(tǒng)已經(jīng)能很好解決生產(chǎn)生活中的問(wèn)題)。筆者認(rèn)為現(xiàn)階段智能控制下的智能機(jī)器人可能并不是在真正模擬人的智能行為，因?yàn)槲覀兊年P(guān)注點(diǎn)是外部智能行為及智力活動(dòng)帶來(lái)的功能，而并非是為實(shí)現(xiàn)某種功能而實(shí)施的全部智能行為。其模擬程度一方面取決于采用的相應(yīng)智能控制理論對(duì)于真實(shí)智能模型的約簡(jiǎn)與仿真程度，另一方面需要考慮智能機(jī)器人需要完成的任務(wù)目標(biāo)是人為設(shè)定的，所要求解問(wèn)題本身可能就左右著其控制模式的確定，況且產(chǎn)業(yè)化的智能機(jī)器人就是向?qū)嶋H需求靠攏的。(比如智能制造業(yè)，這就要討論智能是否可以和高效率劃等號(hào)的問(wèn)題了，即我們追求的最高效率與最智能是否是一的問(wèn)題)二、 什么是智能機(jī)器人因?yàn)閷W(xué)科發(fā)展的階段限制要給出準(zhǔn)確定義是較為困難的，因此筆者把定義放在這里討論。讓我們先來(lái)引入智能概念，智能是一種應(yīng)用知識(shí)對(duì)一定環(huán)境進(jìn)行處理的能力或由目標(biāo)準(zhǔn)則衡量的抽象思考能力。智能的另一定義為在一定環(huán)境下針對(duì)特定目標(biāo)而有效地獲取信息、處理信息和利用信息從而成功地到達(dá)目標(biāo)的能力。再比較不同類(lèi)型機(jī)器人就會(huì)發(fā)現(xiàn)，與普通機(jī)器人僅僅按照既定程序?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)化為執(zhí)行動(dòng)作信號(hào)不同，智能機(jī)器人在其基礎(chǔ)上整合了多傳感器模塊具有自適應(yīng)能力，并在控制系統(tǒng)上有相應(yīng)改進(jìn)后能夠進(jìn)行分析、決策、規(guī)劃、學(xué)習(xí)，它的運(yùn)行不再局限于依賴(lài)機(jī)器知識(shí)，而是實(shí)現(xiàn)了與其周?chē)h(huán)境的交互，結(jié)合相應(yīng)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)多機(jī)器人互聯(lián)提高工作效率。再結(jié)合前面講的內(nèi)容就可以大致劃定出其特點(diǎn)：智能機(jī)器人有視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，嗅覺(jué)的能力（依賴(lài)于傳感技術(shù)往往強(qiáng)于被模仿的智能對(duì)象）；可以對(duì)感知的信息進(jìn)行分析;可以處理環(huán)境的變化。三、 實(shí)現(xiàn)控制智能筆者認(rèn)為智能機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，以及其它可集合模塊方面的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟而且可以靈活組合，目前智能機(jī)器人的關(guān)鍵是控制方面的智能，因此著重討論智能控制問(wèn)題。當(dāng)我們考慮智能時(shí)首先要反思闡述這種模式的語(yǔ)言。目前智能控制依賴(lài)于集成電路二進(jìn)制的計(jì)算，電壓狀態(tài)就是機(jī)器人思維的真實(shí)物理載體，存儲(chǔ)與計(jì)算邏輯單元就是智能單位的最簡(jiǎn)形式。所以當(dāng)我們要為描述一個(gè)對(duì)象設(shè)計(jì)算法時(shí)就會(huì)受到二進(jìn)制邏輯計(jì)算的限制，就必須為其設(shè)置映射模式，此過(guò)程可能導(dǎo)致信息的丟失，同時(shí)可能由于對(duì)象的復(fù)雜而不得不對(duì)描述對(duì)象的模型進(jìn)行進(jìn)一步簡(jiǎn)化，在這個(gè)過(guò)程中又會(huì)不可避免地遺失一些信息（可能我們自身認(rèn)為是無(wú)關(guān)緊要的，實(shí)際上這些信息的作用是不可知的），而信息量對(duì)于描述事件，減小事件不確定性又是至關(guān)重要的，因此當(dāng)智能研究深入到一定程度，基于當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制理論對(duì)于智能的描述可能就無(wú)能為力了。因此智能機(jī)器人智能的進(jìn)一步提高需要更先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)（比如三值計(jì)算機(jī)技術(shù)）或者其它的語(yǔ)言載體來(lái)盡可能小失真地表述。然后我們?cè)賮?lái)想智能過(guò)程的問(wèn)題。不妨先把智能系統(tǒng)的思維過(guò)程放到二維時(shí)間軸上考慮，把一段完整的思維過(guò)程微分得到很多微元，我們假定一個(gè)微分程度，在這個(gè)程度上這些微元是不可再分的，再考慮到人腦的神經(jīng)數(shù)量及復(fù)雜程度是有限的（盡管對(duì)于人來(lái)說(shuō)還是很復(fù)雜）而且思維以神經(jīng)元為載體，也就是說(shuō)得到的微元數(shù)量必定是有上限的，那么思維過(guò)程就可以由這些微元在世界軸時(shí)尚按照一定規(guī)則（這個(gè)規(guī)則本身也是智能的表現(xiàn)）組合形成。而事實(shí)是人的腦中神經(jīng)元的聯(lián)結(jié)是在三維空間中的，因此，微元還會(huì)有空間上的組合，進(jìn)一步豐富思維微元的可組合形式，這就保證了智能系統(tǒng)有足夠先驗(yàn)知識(shí)容量來(lái)應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的環(huán)境?；谝陨蟽牲c(diǎn)，筆者認(rèn)為智能機(jī)器人智能的進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)需要有新的物理基件的支持；智能的實(shí)現(xiàn)是時(shí)間與空間上離散智能微元的組合，實(shí)現(xiàn)智能可從微元與微元組合規(guī)則上入手（這并不要求我們?nèi)ド罹恐悄軐?shí)現(xiàn)過(guò)程，我們可以將真實(shí)的基本思維單元封裝為易于人們操作的黑箱，然后探討其組合規(guī)則對(duì)于外部智能活動(dòng)的作用）結(jié)語(yǔ)智能機(jī)器人是作為能在各類(lèi)環(huán)境中自主或交互地執(zhí)行各種擬人任務(wù)的智能機(jī)器，。實(shí)現(xiàn)智能的關(guān)鍵是控制的智能化，目前有很多智能控制理論在智能機(jī)器人已得到廣泛使用，但還要注意闡述智能的語(yǔ)言載體以及實(shí)現(xiàn)機(jī)制。另外作為能夠深度代替人類(lèi)腦力與體力勞動(dòng)的機(jī)器，智能機(jī)器人還必將有更廣闊的未來(lái)。參考文獻(xiàn)許力.智能控制與智能系統(tǒng).機(jī)械工業(yè)出版社.2006修春波，夏琳琳.智能控制技術(shù).中國(guó)水利水電出版社.2013蔡自興.智能控制原理與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社.