智能機(jī)器人智能的實(shí)現(xiàn)

SHANGHAIUNIVERSITY課程論文COURSEPAPER課程名稱:智能制造技術(shù)基礎(chǔ)與發(fā)展課程號：0900Y047 授課教師：學(xué)號:——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年代計算機(jī)的發(fā)明和50年代人工智能的出現(xiàn)開辟了利用智能機(jī)器代替人類從事腦力勞動的新紀(jì)元，從此我們不單單滿足于身體從勞動中的解放，我們開始致力于腦力勞動的“機(jī)械化”。同時以智能控制為出發(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)首先要說明一下，智能控制是人工智能，控制理論，計算機(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”的原理而分級分配的。專家控制系統(tǒng)蔡自興教授根據(jù)Feigenbaum教授對專家系統(tǒng)的定義做出如下定義：專家系統(tǒng)是一個智能計算機(jī)的程序系統(tǒng)，內(nèi)部包括某領(lǐng)域大量專家的知識和經(jīng)驗(yàn)，能夠利用人類專家知識和解決問題的經(jīng)驗(yàn)方法來處理該領(lǐng)域的高水平難題。也就是說，專家系統(tǒng)是一種程序系統(tǒng)，可看作某領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，是對某領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)驗(yàn)的綜合。然后專家系統(tǒng)與工程控制論結(jié)合就形成了專家控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)為故障診斷，過程控制，解決工業(yè)控制難題等問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，模仿人類思維具有模糊性的特點(diǎn)，對難以建立精確數(shù)學(xué)模型的對象實(shí)施的一種規(guī)則性控制。它一方面提供一種實(shí)現(xiàn)基于知識的甚至語言描述的控制規(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)是一個能在其運(yùn)行過程中逐步獲得受控過程及環(huán)境的非預(yù)知信息，積累控制經(jīng)驗(yàn)，并于一定評價標(biāo)準(zhǔn)下估值，分類，決策與不斷改進(jìn)系統(tǒng)品質(zhì)的自動控制理論，它是對人類學(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。由于其擁有并行計算，非線性處理能力，通過訓(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)將對人腦的宏觀結(jié)構(gòu)模擬與對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)動控制級)著手，直接對人的控制經(jīng)驗(yàn)，技巧，以及各種知覺推理過程進(jìn)行測辨，概括和總結(jié)，匯編成各種簡單實(shí)用，精度高，魯棒性強(qiáng)，能實(shí)時運(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)，是指在某個區(qū)域內(nèi)一些現(xiàn)場檢測,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帶來的功能，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)智能控制理論對于真實(shí)智能模型的約簡與仿真程度，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的問題了，即我們追求的最高效率與最智能是否是一的問題)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。讓我們先來引入智能概念，智能是一種應(yīng)用知識對一定環(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。再比較不同類型機(jī)器人就會發(fā)現(xiàn)，與普通機(jī)器人僅僅按照既定程序?qū)㈦娦盘栟D(zhuǎn)化為執(zhí)行動作信號不同，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)行不再局限于依賴機(jī)器知識，而是實(shí)現(xiàn)了與其周圍環(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，聽覺，嗅覺的能力（依賴于傳感技術(shù)往往強(qiáng)于被模仿的智能對象）；可以對感知的信息進(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題。當(dāng)我們考慮智能時首先要反思闡述這種模式的語言。目前智能控制依賴于集成電路二進(jìn)制的計算，電壓狀態(tài)就是機(jī)器人思維的真實(shí)物理載體，存儲與計算邏輯單元就是智能單位的最簡形式。所以當(dāng)我們要為描述一個對象設(shè)計算法時就會受到二進(jìn)制邏輯計算的限制，就必須為其設(shè)置映射模式，此過程可能導(dǎo)致信息的丟失，同時可能由于對象的復(fù)雜而不得不對描述對象的模型進(jìn)行進(jìn)一步簡化，在這個過程中又會不可避免地遺失一些信息（可能我們自身認(rèn)為是無關(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)前計算機(jī)技術(shù)的控制理論對于智能的描述可能就無能為力了。因此智能機(jī)器人智能的進(jìn)一步提高需要更先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)（比如三值計算機(jī)技術(shù)）或者其它的語言載體來盡可能小失真地表述。然后我們再來想智能過程的問題。不妨先把智能系統(tǒng)的思維過程放到二維時間軸上考慮，把一段完整的思維過程微分得到很多微元，我們假定一個微分程度，在這個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（盡管對于人來說還是很復(fù)雜）而且思維以神經(jīng)元為載體，也就是說得到的微元數(shù)量必定是有上限的，那么思維過程就可以由這些微元在世界軸時尚按照一定規(guī)則（這個規(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)知識容量來應(yīng)對復(fù)雜多變的環(huán)境。基于以上兩點(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)則對于外部智能活動的作用）結(jié)語智能機(jī)器人是作為能在各類環(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言載體以及實(shí)現(xiàn)機(jī)制。另外作為能夠深度代替人類腦力與體力勞動的機(jī)器，智能機(jī)器人還必將有更廣闊的未來。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.