人工智能导论(10)——机器人(Robot)


一、 概述

机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

本文将人工智能"机器人"基础知识整理为思维导图,便于回顾和记忆。

二、 重点内容

  • 机器人分类
  • 工业机器人
  • 服务机器人
  • 一般机器人
  • 智能机器人

三、 思维导图

人工智能导论(10)——机器人

四、 重点知识笔记

机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

机器人分类

  • 国际通用机器人分类
    • 工业机器人
      • 焊接机器人
      • 搬运机器人
      • 装配机器人
      • 处理机器人
      • 喷涂机器人
    • 服务机器人
      • 专业领域服务机器人
        • 场地机器人
        • 专业清洁机器人
        • 医疗服务机器人
        • 物流用途机器人
        • 水下机器人
        • 军用机器人
        • 救灾和安全机器人
      • 个人/家庭服务机器人
        • 家务机器人(扫地机器人、擦玻璃机器人)
        • 家庭休闲机器人
        • 迎宾机器人
        • 住宅安全和监视机器人
  • 按智能程度的差异分类
    • 一般机器人:不具有智能,只具有一般编程能力和操作功能的机器人
    • 智能机器人
      • 按功能分类
        • 传感机器人
        • 自主型机器人
        • 交互型机器人
      • 按智能程度分类
        • 工业机器人
        • 初级智能机器人
        • 高级智能机器人
      • 按照形态分类
        • 仿人智能机器人
        • 拟物智能机器人
  • 其他分类
    • 微型机器人
    • 群体机器人
    • 软体机器人
    • 人形机器人
    • 太空机器人
    • 水下机器人

工业机器人

工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。

工业机器人发展的3个阶段:

第一代:可编程的工业机器人

属于“示教再现”型机器人

  • 首先由操作者将完成作业所需要的各种知识,通过直接或间接手段对工业机器人进行“示教”
    • 运动轨迹
    • 作业条件
    • 作业顺序
    • 作业时间等
  • 工业机器人在一定的精度范围内,忠实地重复“再现”各种被示教的动作。

第二代:有感觉的机器人

  • 通过传感器获得机器人作业环境和作业对象的部分相关信息
    • 视觉传感器
    • 非视觉传感器
      • 力觉
      • 触觉
      • 听觉等
  • 将得到的信息经过计算机处理后,用于控制机器人完成相应的操作

第三代:具有逻辑思维、判断和决策能力

  • 具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力
  • 具有逻辑思维、判断和决策能力
  • 可根据作业要求与环境信息自主地进行工作

目前,工业机器人应用最为广泛(约占70%~80%),其中应用最广泛的是机械臂。
2015年ABB开发的YuMi,拥有人体尺寸和人类肢体动作,能够与人类进行近距离协作。

服务机器人

服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人,它能完成有益于人类健康的服务工作,但不包括从事生产的设备。应用范围很广,主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。

服务机器人的技术含量相对较高,包括视觉识别、协同作业、导航避障、柔性抓取等等。

服务机器人涉及的主要技术:

  • 导航定位(SLAM定位和地图构建)
    • 各类传感器
    • 激光雷达
    • 毫米波雷达
    • 光学相机
    • GPS
    • 超声波传感器
    • 陀螺仪
  • 运动控制(液压控制/电机控制)
    • 手臂肢体
    • 控制传感器
    • 伺服舵机
    • 减速器
    • AI芯片
  • 人机交互(人工智能技术)
    • 语音识别
    • 语义理解
    • 图像识别
    • 深度学习
    • 基础计算

服务机器人产业链

  • 上游(零部件)
    • 芯片
    • 舵机
    • 减速器
    • 各类传感器
    • 电源
    • 摄像头
    • 存储器
  • 中游(系统集成、本体制造)
    • 图像识别
    • 语音识别
    • 语义识别
    • 操作系统
    • 设计、研发、加工、组装等
  • 下游
    • 个人/家庭服务机器人
    • 专业服务机器人

一般机器人

一般机器人通常是指不具有智能、只具有一般编程能力和操作功能的机器人。

通常情况下,一般的机器人系统包括:

  • 机械系统
  • 驱动系统:各种机械部件产生运动的装置,按照控制系统发出的指令信号,借助动力元件使机器人进行一系列动作。
  • 控制系统:控制系统是工业机器人的神经中枢,它由计算机硬件、软件和一些专用电路构成。
  • 感知系统:由传感器组成,可获取内部和外部环境中的有用信息。
  • 机器人-环境交互系统:实现机器人与外部环境设备相互联系和协调的系统。
  • 人机交互系统:使操作人员参与机器人控制并与机器人进行连续互动的装置。

智能机器人

智能机器人要具备的主要要素:

  • 一是感觉要素,用来认识周围环境的状态;
    • 能感知视觉、接近、距离等的非接触型传感器
    • 能感知力、压觉、触觉等的接触型传感器
  • 二是运动要素,用来对外界做出反应性动作;
    • 位置控制
    • 力度控制
    • 位置与力度混合控制
    • 伸缩率控制
  • 三是思考要素,用来根据感觉要素所得到的信息思考出需要采用的动作。
    • 判断
    • 逻辑分析
    • 理解

智能机器人分类:

  • 按功能分类
    • 传感机器人:本体上没有智能单元只有执行机构和感应机构
    • 自主型机器人:机器人无需人的干预,能够在各种环境下自动完成各项拟人任务。
    • 交互型机器人:机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人-机对话,实现对机器人的控制与操作。
  • 按智能程度分类
    • 工业机器人:只能死板地按照人给它规定的程序工作,不管外界条件有何变化,自己都不能对程序也就是对所做的工作作相应的调整。
    • 初级智能机器人:具有象人那样的感受,识别,推理和判断能力。
    • 高级智能机器人:具有感觉,识别,推理和判断能力,同样可以根据外界条件的变化,在一定范围内自行修改程序(通过机器人自己学习)。

智能机器人关键技术

  • 导航与定位
    • 视觉导航定位
    • 光反射导航定位
    • GPS全球定位系统
    • 超声波导航定位
  • 路径规划:在机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态、可以避开障碍物的最优路径。
    • 模板匹配路径规划技术
    • 人工势场路径规划技术
    • 地图构建路径规划技术
    • 人工智能路径规划技术
  • 人机接口:借助人机协调来实现系统控制。
    • 视觉:通过图像、文本方式控制机器人按照用户意图执行任务
    • 语音:通过语音方式控制机器人按照用户意图执行任务
    • 体感:通过触控、手势方式控制机器人按照用户意图执行任务
  • 机器人视觉:一般由摄像机、图像采集卡和计算机组成。
    • 工作包括图像的获取、图像的处理和分析、输出和显示
    • 核心任务是特征提取、图像分割和图像辨识
  • 多传感器信息融合
    • 信息融合的功能模型
    • 信息融合的结构模型
    • 多传感器信息融合实现的数学模型
      • 随即类方法
      • 人工智能方法
  • 智能控制

机器人与人工智能

  • 传感信息处理:获取围信息的能力,包括视觉、触觉、力觉、嗅觉、味觉、听觉、接近感和光滑感。
  • 机器人规划
    • 先在抽象和忽略细节的高层进行规划
    • 然后在逐步在细节越来越重要的低层进行规划
  • 专家系统:智能计算机系统,处理问题的能力达到人类专家的水平
  • 自然语音理解


个人总结,部分内容进行了简单的处理和归纳,如有谬误,希望大家指出,持续修订更新中。

修订历史版本见:https://github.com/hustlei/AI_Learning_MindMap

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