機器人的智能化技術課件

機器人的智能化技術機械工程與自動化學院機器人的智能化技術機械工程與自動化學院1智能機器人概述1智能機器人技術要求2智能機器人應用實例312大智能機器人技術4智能機器人發(fā)展的關鍵要素5智能機器人概述1智能機器人技術要求2智能機器人應用實例3122智能機器人概述智能機器人是一個在感知、思維、效應方面全面，模擬人的機器系統(tǒng)，外形不一定像人。智能機器人它有相當發(fā)達的“大腦”。在腦中起作用的是中央計算機，這種計算機跟操作它的人有直接的聯(lián)系。最主要的是，這樣的計算機可以進行按目的安排的動作。正因為這樣，我們才說這種機器人才是真正的機器人，盡管它們的外表可能有所不同。它是人工智能技術的綜合試驗場，可以全面地考察人工智能各個領域的技術，研究他們相互之間的關系。還可以在有害的環(huán)境中替人從事危險的工作、上天下海、戰(zhàn)場作業(yè)等方面大顯身手。智能機器人概述智能機器人是一個在感知、思維、效應方面3智能機器人的技術要求智能機器人的技術要求控制過程識別過程智能運算過程智能機器人的技術要求智能機器人的技術要求控制過程識別過程智能4控制過程將需要輸出的反應轉(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。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)的概念邏輯信息智能運算過程輸入信息刺激自我學習、信息檢索、邏輯判斷、決策，并產(chǎn)生相應反應。識別過程控制過程將需要輸出的反應轉(zhuǎn)譯為肢體運動和媒介信息。實用機器人5智能機器人應用實例服務智能機器人

整個服務智能機器人產(chǎn)業(yè)建立在三大核心技術模塊：人機交互及識別模塊、環(huán)境感知模塊、運動控制模塊。依托于三大模塊，機器人有基礎的硬件：電池模組、電源模組、主機、存儲器、專用芯片等，還有操作系統(tǒng)服務智能機器人智能機器人應用實例服務智能機器人整個服務智能機器人產(chǎn)6

交互模塊包括語音識別、語義識別、語音合成、圖像識別等，相當于人的大腦；服務智能機器人三大核心技術模塊：感知+交互+運控◆交互能力

交互模塊包括語音識別、語義識別、語音合成、7

感知模塊借助于各種傳感器、陀螺儀、激光雷達、相機、攝像頭等，相當于人的眼、耳、鼻、皮膚等服務智能機器人三大核心技術模塊：感知+交互+運控◆感知能力感知模塊借助于各種傳感器、陀螺儀、激光雷達8

運控模塊包括舵機、電機、芯片等，相當于人的肌肉；服務智能機器人三大核心技術模塊：感知+交互+運控◆運控模塊

運控模塊包括舵機、電機、芯片等，相當于人的9服務智能機器人

服務機器人的各個細分模塊中，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，運控模塊相對重要性最弱。服務機器人三大模塊可以繼續(xù)細分為語音模塊、語義模塊、圖像模塊、感知模塊、運控模塊、芯片模塊。從技術儲備上來看，人工智能是核心。目前的技術儲備方面，只有語音和OCR領域具備一定的成熟度。語音和OCR領域已發(fā)展接近20年，在某些特定場景和行業(yè)已經(jīng)有了一些數(shù)據(jù)基礎。其他的技術包括圖像識別、語義分析都還在很早期的階段。語音領域，也是目前已知的平臺類企業(yè)最大的板塊。服務智能機器人服務機器人的各個細分模塊中，語音模塊重要10機器人的智能化技術ppt課件11智能機器人應用實例市場研究機構統(tǒng)計顯示，2017年中國工業(yè)機器人市場價值達13億美元，并將保持20%的年復合成長（CAGR），到2020年達到33億美元。2017年，中國的工業(yè)機器人銷售收入占全球13%，到2020年將達到25%。工業(yè)機器人屬于智能機器人的一種。工業(yè)機器人智能機器人應用實例市場研究機構統(tǒng)計顯示，2017年中12機器人的智能化技術ppt課件13多傳感器信息融合技術是近年來十分熱門的研究課題，它與控制理論、信號處理、人工智能、概率和統(tǒng)計相結合，為機器人在各種復雜、動態(tài)、不確定和未知的環(huán)境中執(zhí)行任務提供了一種技術解決途徑。

數(shù)據(jù)融合的關鍵問題是模型設計和融合算法，數(shù)據(jù)融合模型主要包括功能模型、結構模型和數(shù)學模型。

一、多傳感器信息融合多傳感器信息融合技術是近年來十分熱門的研究課題，它與14目前已有很多學者從不同角度提出了信息融合系統(tǒng)的一般功能模型，最有權威性的是DFS（美國三軍政府組織-實驗室理事聯(lián)席會（JDL）下面的C3I技術委員會（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。第1級是單源或多源處理，主要是數(shù)字處理、跟蹤相關和關聯(lián)；第2級是評估目標估計的集合，及它們彼此和背景的關系來評估整個情況；第3級用一個系統(tǒng)的先驗目標集合來檢驗評估的情況。1.信息融合的功能模型目前已有很多學者從不同角度提出了信息融合系統(tǒng)的一般功15數(shù)據(jù)融合的結構模有多種不同的分類方法，其中一種分類標準是根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)在送人融合處理中心之前已經(jīng)處理的程度來進行分類。在這種分類標準下，融合結構被分為傳感器級數(shù)據(jù)融合，中央級數(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融合結構進行分類。在這種情況下，融合結構為像素級、特征級和決策級融合。2.信息融合的結構模型數(shù)據(jù)融合的結構模有多種不同的分類方法，其中一種分類標16信息融合的方法涉及到多方面的理論和技術，如信號處理、估計理論、不確定性理論、模式識別、最優(yōu)化技術、模糊數(shù)學和神經(jīng)網(wǎng)絡等這方面國外已經(jīng)做了大量的研究。目前，這些方法大致分為兩類：隨機類方法和人工智能方法。3.多傳感器信息融合實現(xiàn)的數(shù)學模型信息融合的方法涉及到多方面的理論和技術，如信號處理、估17在機器人系統(tǒng)中，自主導航是一項核心技術，是機器人研究領域的重點和難點問題。自主移動機器人常用的導航定位方法有以下四種。二、導航與定位在機器人系統(tǒng)中，自主導航是一項核心技術，是機器人研究18在視覺導航定位系統(tǒng)中，目前國內(nèi)外應用較多的是基于局部視覺的在機器人中安裝車載攝像機的導航方式。

視覺導航定位系統(tǒng)主要包括：攝像機（或CCD圖像傳感器）、視頻信號數(shù)字化設備、基于DSP的快速信號處理器、計算機及其外設等。1、視覺導航定位在視覺導航定位系統(tǒng)中，目前國內(nèi)外應用較多的是基于局部19典型的光反射導航定位方法主要是利用激光或紅外傳感器來測距。激光和紅外都是利用光反射技術來進行導航定位的。

2、光反射導航定位典型的光反射導航定位方法主要是利用激光或紅外傳感器來20工作原理工作原理21如今，在智能機器人的導航定位技術應用中，一般采用偽距差分動態(tài)定位法，用基準接收機和動態(tài)接收機共同觀測4顆GPS衛(wèi)星，按照一定的算法即可求出某時某刻機器人的三維位置坐標。

3、GPS全球定位系統(tǒng)如今，在智能機器人的導航定位技術應用中，一般采用偽距22路徑規(guī)劃技術是機器人研究領域的一個重要分支。最優(yōu)路徑規(guī)劃就是依據(jù)某個或某些優(yōu)化準則（如工作代價最小、行走路線最短、行走時間最短等），在機器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標狀態(tài)、可以避開障礙物的最優(yōu)路徑。

三、路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃技術是機器人研究領域的一個重要分支。最優(yōu)路徑23模版匹配方法是將機器人當前狀態(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)劃技術模版匹配方法是將機器人當前狀態(tài)與過去經(jīng)歷相比較，找到24人工勢場路徑規(guī)劃技術的基本思想是將機器人在環(huán)境中的運動視為一種機器人在虛擬的人工受力場中的運動。（1）僅考慮環(huán)境中障礙物的運動速度，未考慮機器人的運動速度；（2）認為障礙物與機器人之間的相對速度是固定不變的，這不是完整的動態(tài)環(huán)境。2.人工勢場路徑規(guī)劃技術人工勢場路徑規(guī)劃技術的基本思想是將機器人在環(huán)境中的運25地圖構建路徑規(guī)劃技術，是按照機器人自身傳感器搜索的障礙物信息，將機器人周圍區(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，地圖構建又分為路標法和柵格法，也稱單元分解法。3.地圖構建路徑規(guī)劃技術地圖構建路徑規(guī)劃技術，是按照機器人自身傳感器搜索的障26前者是構造一幅由標志點和連接邊線組成的機器人可行路徑圖，如可視線方法、切線圖方法、Voronoi圖方法和概率圖展開法等。3.地圖構建路徑規(guī)劃技術前者是構造一幅由標志點和連接邊線組成的機器人可行路徑27人工智能路徑規(guī)劃技術是將現(xiàn)代人工智能技術應用于移動機器人的路徑規(guī)劃中，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡、進化計算、模糊邏輯與信息融合等。4.人工智能路徑規(guī)劃技術人工智能路徑規(guī)劃技術是將現(xiàn)代人工智能技術應用于移動機28地圖構建路徑規(guī)劃技術，是按照機器人自身傳感器搜索的障礙物信息，將機器人周圍區(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，地圖構建又分為路標法和柵格法，也稱單元分解法。3.地圖構建路徑規(guī)劃技術地圖構建路徑規(guī)劃技術，是按照機器人自身傳感器搜索的障29三大技術成為智能機器人發(fā)展的關鍵要素如今，越來越多的智能機器人出現(xiàn)在我們的生活中，它們不僅能與我們“對話”，還具備自我位置定位和自動躲避障礙物等能力，其中一些“聰明”的機器人已經(jīng)可以擔任餐廳服務員和保姆等工作。今年春晚，更是出現(xiàn)了機器人方陣跳舞的場面，成為春晚的一大亮點。三大技術成為智能機器人發(fā)展的關鍵要素如今，越來越多的30智能機器人發(fā)展的關鍵要素一、人工智能技術

人工智能技術的研究包括語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等，涉及到以計算機科學、心理學、哲學和語言學等學科為主的幾乎自然科學和社會科學的所有學科。人工智能技術試圖了解智能的實質(zhì)，實現(xiàn)對人類的意識及思維過程的模擬，賦予機器人學習、推理、思考、規(guī)劃等智能行為和能力，使機器人能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次的應用，勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜工作。智能機器人發(fā)展的關鍵要素一、人工智能技術人工智能技31智能機器人發(fā)展的關鍵要素二、大數(shù)據(jù)技術

大數(shù)據(jù)技術是智能機器人的強大后盾，大數(shù)據(jù)時代的到來給智能機器人的迅速發(fā)展提供了新的動力，也為智能機器人實現(xiàn)進一步的技術突破提供了更多可能。智能機器人發(fā)展的關鍵要素二、大數(shù)據(jù)技術大數(shù)據(jù)技術是32智能機器人發(fā)展的關鍵要素三、云計算技術

智能機器人是云計算的客戶端，而云計算是智能機器人的神經(jīng)中樞，決定著整個機器人的感知、運動和思考。同時，云計算擴大了機器人使用資源的能力，其海量存儲功能為提升智能機器人的記憶提供了無限的可能，存儲的能力越強，所能辨別的東西就越多，所以云計算直接決定著智能機器人的記憶力。龐大的知識庫是大數(shù)據(jù)技術的一個重要組成部分，也是智能機器人發(fā)展的關鍵點之一。智能機器人發(fā)展的關鍵要素三、云計算技術智能機器人是3312大智能機器人技術1、勞力機器人

目前，工業(yè)機器人在中國主要應用于汽車及零部件制造，電子、機械加工，模具生產(chǎn)等行業(yè)，參與的制造過程包括焊接、裝配、搬運、打磨、拋光、注塑等。12大智能機器人技術1、勞力機器人目前，工業(yè)機器人在3412大智能機器人技術2、拋光機器人

近日拓斯達科技重磅新品強勢上市——全自動化拋光打磨機器人，該機器人廣泛應用在手機、平板電腦等面殼制造業(yè)，注塑成型出來的手機面殼注塑成型時會有結合線12大智能機器人技術2、拋光機器人近日拓斯達科技重磅3512大智能機器人技術3、蜘蛛機器人

蜘蛛機器人是利用自然界的力量來解決人類技術問題，多年以來，機器人學家試著模擬蜘蛛的身體結構，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、災區(qū)搜尋營救工作。12大智能機器人技術3、蜘蛛機器人蜘蛛機器人是利用自3612大智能機器人技術4、機器人士兵

美國陸軍上將康恩(RobertCone)1月份表示，到2030年機器人將取代四分之一的美國戰(zhàn)斗士兵。美國陸軍的目標是要成為規(guī)模更小、更有殺傷力、容易部署、身手敏捷的軍隊，使用能夠承擔從排雷到前線作戰(zhàn)等一系列任務的機器人將有助于實現(xiàn)這一目標。12大智能機器人技術4、機器人士兵美國陸軍上將康恩(3712大智能機器人技術5、調(diào)酒機器人

調(diào)酒機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。首6、農(nóng)業(yè)機器人

IBISWorld的行業(yè)分析師JeremyEdwards表示，不少農(nóng)活讓機器人干會更加高效，例如勘查地況、開拖拉機、修剪收割農(nóng)作物等。實際上目前已經(jīng)出現(xiàn)了在葡萄園中修剪葡萄枝的機器人以及在萵苣田除草的機器人。12大智能機器人技術5、調(diào)酒機器人調(diào)酒機器人酒保不僅3812大智能機器人技術7、藥劑機器人

在加州大學舊金山分校的藥房里配藥的可不是真人，而是機器人。計算機負責接收藥方，而機器人則負責藥品的打包和分發(fā)。加州大學舊金山分校表示，在引入機器人的最初階段，機器人配發(fā)的350000劑藥品無一出錯。12大智能機器人技術7、藥劑機器人在加州大學舊金山分3912大智能機器人技術8、拆彈機器人

在美國有超過450個拆彈小組，對每年數(shù)千樁與炸彈有關的事件作出響應。其中一些拆彈小組已經(jīng)用上了機器人，這些機器人能夠更好地拆除炸彈，令人身風險降至最低。12大智能機器人技術8、拆彈機器人在美國有超過4504012大智能機