機器人智能技術論文

　　隨著社會發(fā)展的需要和機器人應用領域的擴大，人們對智能機器人的要求也越來越高。下面是學習啦小編整理的機器人智能技術論文，希望你能從中得到感悟!

　　機器人智能技術論文篇一

　　芻議智能機器人及其關鍵技術

　　【摘 要】文章介紹了機器人的定義，闡述了智能機器人研究領域的關鍵技術，最后展望了智能機器人今后的發(fā)展趨勢。

　　【關鍵詞】智能機器人;信息融合;智能控制

　　一、機器人的定義

　　自機器人問世以來，人們就很難對機器人下一個準確的定義，歐美國家認為機器人應該是“由計算機控制的通過編程具有可以變更的多功能的自動機械”;日本學者認為“機器人就是任何高級的自動機械”，我國科學家對機器人的定義是：“機器人是一種自動化的機器，所不同的是這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動化機器。”目前國際上對機器人的概念已經漸趨一致，聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會(RIA：Robot Institute of America)于1979 年給機器人下的定義：“一種可編程和多功能的，用來搬運材料、零件、工具的操作機;或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。”概括說來，機器人是靠自身動和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。

　　二、智能機器人關鍵技術

　　　　隨著社會發(fā)展的需要和機器人應用領域的擴大，人們對智能機器人的要求也越來越高。智能機器人所處的環(huán)境往往是未知的、難以預測的，在研究這類機器人的過程中，主要涉及到以下關鍵技術：

　　(1)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。機器人所用的傳感器有很多種，根據(jù)不同用途分為內部測量傳感器和外部測量傳感器兩大類。內部測量傳感器用來檢測機器人組成部件的內部狀態(tài)，包括：特定位置、角度傳感器;任意位置、角度傳感器;速度、角度傳感器;加速度傳感器;傾斜角傳感器;方位角傳感器等。外部傳感器包括：視覺(測量、認識傳感器)、觸覺(接觸、壓覺、滑動覺傳感器)、力覺(力、力矩傳感器)、接近覺(接近覺、距離傳感器)以及角度傳感器(傾斜、方向、姿式傳感器)。多傳感器信息融合就是指綜合來自多個傳感器的感知數(shù)據(jù)，以產生更可靠、更準確或更全面的信息。經過融合的多傳感器系統(tǒng)能夠更加完善、精確地反映檢測對象的特性，消除信息的不確定性，提高信息的可靠性。融合后的多傳感器信息具有以下特性：冗余性、互補性、實時性和低成本性。目前多傳感器信息融合方法主要有貝葉斯估計、卡爾曼濾波、神經網(wǎng)絡、小波變換等。

　　(2)導航與定位。在機器人系統(tǒng)中，自主導航是一項核心技術，是機器人研究領域的重點和難點問題。導航的基本任務有3點：一是基于環(huán)境理解的全局定位：通過環(huán)境中景物的理解，識別人為路標或具體的實物，以完成對機器人的定位，為路徑規(guī)劃提供素材;二是目標識別和障礙物檢測：實時對障礙物或特定目標進行檢測和識別，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性;三是安全保護：能對機器人工作環(huán)境中出現(xiàn)的障礙和移動物體作出分析并避免對機器人造成的損傷。機器人有多種導航方式，根據(jù)環(huán)境信息的完整程度、導航指示信號類型等因素的不同，可以分為基于地圖的導航、基于創(chuàng)建地圖的導航和無地圖的導航3類。根據(jù)導航采用的硬件的不同，可將導航系統(tǒng)分為視覺導航和非視覺傳感器組合導航。視覺導航是利用攝像頭進行環(huán)境探測和辨識，以獲取場景中絕大部分信息。目前視覺導航信息處理的內容主要包括：視覺信息的壓縮和濾波、路面檢測和障礙物檢測、環(huán)境特定標志的識別、三維信息感知與處理。非視覺傳感器導航是指采用多種傳感器共同工作，如探針式、電容式、電感式、力學傳感器、雷達傳感器、光電傳感器等，用來探測環(huán)境，對機器人的位置、姿態(tài)、速度和系統(tǒng)內部狀態(tài)等進行監(jiān)控，感知機器人所處工作環(huán)境的靜態(tài)和動態(tài)信息，使得機器人相應的工作順序和操作內容能自然地適應工作環(huán)境的變化，有效地獲取內外部信息。

　　(3)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。路徑規(guī)劃方法大致可以分為傳統(tǒng)方法和智能方法兩種。傳統(tǒng)路徑規(guī)劃方法主要有以下幾種：自由空間法、圖搜索法、柵格解耦法、人工勢場法。大部分機器人路徑規(guī)劃中的全局規(guī)劃都是基于上述幾種方法進行的，但這些方法在路徑搜索效率及路徑優(yōu)化方面有待于進一步改善。人工勢場法是傳統(tǒng)算法中較成熟且高效的規(guī)劃方法，它通過環(huán)境勢場模型進行路徑規(guī)劃，但是沒有考察路徑是否最優(yōu)。智能路徑規(guī)劃方法是將遺傳算法、模糊邏輯以及神經網(wǎng)絡等人工智能方法應用到路徑規(guī)劃中，來提高機器人路徑規(guī)劃的避障精度，加快規(guī)劃速度，滿足實際應用的需要。其中應用較多的算法主要有模糊方法、神經網(wǎng)絡、遺傳算法、Q學習及混合算法等，這些方法在障礙物環(huán)境已知或未知情況下均已取得一定的研究成果。

　　(4)機器人視覺。視覺系統(tǒng)是自主機器人的重要組成部分，一般由攝像機、圖像采集卡和計算機組成。機器人視覺系統(tǒng)的工作包括圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出和顯示，核心任務是特征提取、圖像分割和圖像辨識。而如何精確高效的處理視覺信息是視覺系統(tǒng)的關鍵問題。目前視覺信息處理逐步細化，包括視覺信息的壓縮和濾波、環(huán)境和障礙物檢測、特定環(huán)境標志的識別、三維信息感知與處理等。其中環(huán)境和障礙物檢測是視覺信息處理中最重要、也是最困難的過程。機器人視覺是其智能化最重要的標志之一，對機器人智能及控制都具有非常重要的意義。目前國內外都在大力研究，并且已經有一些系統(tǒng)投入使用。

　　(5)智能控制。隨著機器人技術的發(fā)展，對于無法精確解析建模的物理對象以及信息不足的病態(tài)過程，傳統(tǒng)控制理論暴露出缺點，近年來許多學者提出了各種不同的機器人智能控制系統(tǒng)。機器人的智能控制方法有模糊控制、神經網(wǎng)絡控制、智能控制技術的融合(模糊控制和變結構控制的融合;神經網(wǎng)絡和變結構控制的融合;模糊控制和神經網(wǎng)絡控制的融合;智能融合技術還包括基于遺傳算法的模糊控制方法)等。近幾年，機器人智能控制在理論和應用方面都有較大的進展。在模糊控制方面，J.J.Buckley等人論證了模糊系統(tǒng)的逼近特性，E.H.Mamdan首次將模糊理論用于一臺實際機器人。模糊系統(tǒng)在機器人的建?？刂?、對柔性臂的控制、模糊補償控制以及移動機器人路徑規(guī)劃等各個領域都得到了廣泛的應用。在機器人神經網(wǎng)絡控制方面，CMCA(Cere-bella Model Controller Articulation)應用較早的一種控制方法，其最大特點是實時性強，尤其適用于多自由度操作臂的控制。

　　(6)人機接口技術。智能機器人的研究目標并不是完全取代人，復雜的智能機器人系統(tǒng)僅僅依靠計算機來控制目前是有一定困難的，即使可以做到，也由于缺乏對環(huán)境的適應能力而并不實用。智能機器人系統(tǒng)還不能完全排斥人的作用，而是需要借助人機協(xié)調來實現(xiàn)系統(tǒng)控制。因此，設計良好的人機接口就成為智能機器人研究的重點問題之一。人機接口技術是研究如何使人方便自然地與計算機交流。為了實現(xiàn)這一目標，除了最基本的要求機器人控制器有1個友好的、靈活方便的人機界面之外，還要求計算機能夠看懂文字、聽懂語言、說話表達，甚至能夠進行不同語言之間的翻譯，而這些功能的實現(xiàn)又依賴于知識表示方法的研究。因此，研究人機接口技術既有巨大的應用價值，又有基礎理論意義。目前，人機接口技術已經取得了顯著成果，文字識別、語音合成與識別、圖像識別與處理、機器翻譯等技術已經開始實用化。另外，人機接口裝置和交互技術、監(jiān)控技術、遠程操作技術、通訊技術等也是人機接口技術的重要組成部分，其中遠程操作技術是一個重要的研究方向。

　　三、總結與展望

　　機器人是自動化領域的主題之一，人們幾十年來對機器人的開發(fā)和研究，使機器人技術取得了巨大的進步。隨著人工智能、智能控制和計算機技術的發(fā)展，機器人的應用領域必將不斷擴大，性能不斷提高，在未來的生產、生活、科研當中會發(fā)揮更重要的作用。

　　參 考 文 獻

　　[1]孫華，陳俊風，吳林.多傳感器信息融合技術及其在機器人中的應用[J].傳感器技術.2003，22(9)：1～4

　　[2]王灝，毛宗源.機器人的智能控制方法[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002

　　[3]金周英.關于我國智能機器人發(fā)展的幾點思考[J].機器人技術與應用.2001(4)：5～7

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