Интеллектуальные роботы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)

Реферат на тему:

"Интеллектуальные роботы"

Определение. Первый интеллектуальный робот "Шейки".

Интеллектуальные роботы (ИР) - это роботы, которые могут распознавать объекты и их состояние и на основе такого распознавания автоматически определять действия, которые им следует выполнить. ИР должен обладать способностью решать задачи, сформулированные в общем виде. Поведение ИР выглядит внешне "разумным" и "осмысленным".

Робот "Шейки" был создан в 1969 году в Стэнфордском исследовательском институте (США) и назывался тогда интегральным роботом или мобильным автоматом с использованием принципов искусственного интеллекта. Этот робот состоит из подвижной части, ЭВМ SDS-940 и соответствующего программного обеспечения.

Робот был создан для изучения процессов управления в сложной окружающей среде в реальном масштабе времени. Все функции, которые должен выполнять робот, можно разделить на три класса: решение задачи, восприятие, моделирование. Система управления робота, осуществляющая решение задач, использует записанную в модели информацию для планирования и расчёта последовательности действий. По мере изменения внешней среды активными действиями самого робота или по другим причинам модель должна преобразоваться с целью запоминания этих изменений. Кроме того, в модель должна добавляться новая, текущая информация о внешней среде, которую робот приобретает в процессе её познания.

Шейки обеспечивал выполнение задания, даже если оно было сформулировано в самом общем виде. Робот мог действовать в помещениях, где находилось несколько недеформируемых предметов простой формы. Система технического зрения позволяла ориентироваться в окружающей среде, избегать препятствий и принимать решения о дальнейшем маршруте.

Классификация интеллектуальных роботов.

По назначению известные в настоящее время роботы могут быть укрупненно распределены на следующие пять групп: Промышленные, Поисковые, Военные, Бытовые, Исследовательские.

2.1. Промышленные роботы.

Данный тип роботов находит свое применение, главным образом, на промышленных производствах и в научных лабораториях.

Чаще всего под понятием "Промышленный робот" подразумевается система автоматических управляемых при помощи специальных программ манипуляторов, которая предназначена для выполнения операций, связанных с перемещениями различных предметов.

Манипулятор промышленного робота в зависимости от его задач имеет от двух до шести степеней свободы и может перемещать грузы весом до нескольких центнеров в радиусе нескольких метров.

Чаще всего промышленные роботы используются для перемещения и сортировки различной продукции (в том числе крупногабаритных грузов), в качестве сварщиков и для покраски.

Использование данного типа роботов удобно для многих отраслей промышленного производства, поскольку позволяет добиться роста производительности труда при сохранении высокого качества продукции и дает возможность быстро приспосабливаться к изменениям объектов производства и потребительского рынка. Именно поэтому с каждым годом растет число предприятий, производственные линии которых укомплектованы роботами. В настоящее время различные фирмы ABB, STAUBLI, REIS, MOTOMAN, MITSUBISHI и другие производят промышленных роботов для манипулирования, сварки, покраски, упаковки, шлифовки, полировки и т. д. с большим спектром применения и по точности, и по характеру выполняемых операций.

Поисковые роботы.

Назначение робота - инспекция территорий, зараженных химическими веществами или находящихся под угрозой заражения, работа в условиях сильной задымленности во время тушения пожара, самостоятельное патрулирование назначенных территорий, взятие проб, передача телеметрической и визуальной информации о состоянии объекта.

МРК-27Х - российский робот-сапер, основная задача которого заключается в проведении взрывотехнических работ. Робот способен выполнять различные задачи, среди которых визуальная разведка потенциально опасных для человека зон, поиск, экстренная эвакуация и обезвреживание (уничтожение) различных взрывных устройств.

Также, МРК-27Х имеет возможность работать в зонах, характеризующихся повышенным уровнем радиации, обеспечивая разведку, а также укладку радиоактивных элементов в контейнер и их транспортировку.

Кроме того, робот может применяться для проведения операций в условиях химического заражения местности. Он оснащен устройством (спектрометром ионной подвижности), позволяющим делать химический экспресс-анализ воздуха, грунта и жидкостей.

Военные роботы.

Военные роботы - это уже не фантастика. В рамках исследовательского центра Министерства Обороны США проводится очень амбициозная программа - создание армии роботов. По оценкам специалистов подготовка робото-армии, состоящей из воздушных сил и пехоты будет завершена в течение ближайших 10 лет. Переход к полноценной робототехнической армии должен состояться к 2025 году. Благодаря внедрению роботов, из военных действий исключается самый важный фактор - присутствие на поле боя живых солдат. Используя спутниковую связь, управление такой армией можно вести из любой точки мира. Уже имеются в наличии беспилотные самолеты, легкое и среднее наземное вооружение. В ближайшем будущем будет предусмотрен и вариант с тяжелой бронетехникой нового поколения.

BigDog - четырёхногий робот с адаптивным управлением, созданный в 2005 году фирмой Boston Dynamics совместно с Foster-Miller, Лабораторией реактивного движения (NASA)Проект BigDog финансируется Defense Advanced Research Projects Agency с надеждой на то, что он сможет переносить снаряжение и помогать солдатам на территории, где не способен передвигаться обычный транспорт. Вместо колёс и гусениц BigDog использует четыре ноги. В ногах находится большое количество разнообразных сенсоров. Также у BigDog имеется лазерный гироскоп и система бинокулярного зрения. В настоящее время он способен передвигаться по труднопроходимой местности со скоростью 6,4 км в час, перевозить 154 кг груза и подниматься на 35 градусную наклонную плоскость. Его передвижение контролирует компьютерная система, которая получает данные от различных сенсоров.

Бытовые роботы.

Предназначены для помощи человеку в повседневной жизни. Сейчас бытовые роботы не слишком распространены, однако есть все основания предполагать широкое их распространение в ближайшем будущем.

На данном этапе бытовые роботы - чаще всего предназначены для развлекательных целей, но всё большую популярность набирают роботы-уборщики, по своей сути - автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека. интеллектуальный робот шейки

К этому типу можно отнести и роботов, которые способны заменять человека при выполнении некоторой работы: роботы-повара, манекенщики, медсестры и санитары и тому подобное.

Verro - бытовой робот, разработанный компанией iRobot, и предназначенный для уборки бассейнов. Выпуск продукта состоялся в апреле 2007 г. Робот способен самостоятельно удалять из воды листья, волосы, песок, водоросли и бактерии. Робот работает автономно.

Verro оснащен электродвигателем, способным перекачивать 260--360 литров воды в минуту, обеспечивая всасывание на двух вакуумных устройствах, расположенных в нижней части робота. Вода, забираемая роботом, проходит через фильтр-мешок, который улавливает грязь и мусор размером до двух микрон. Откачивание воды в нижней части робота создаёт силу, обеспечивающую сцепление Verro с дном бассейна или его стенками.

Для того, чтобы удерживаться на дне и стенках бассейна, Verro создаёт тягу, перекачивая воду через фильтр-мешок. При засорении мешочного фильтра эффективность очистки бассейна роботом Verro снижается, также у робота возникают затруднения во время перемещения вверх по стенкам бассейна и по дну. В связи с этим компания-производитель рекомендует регулярно производить очистку мешочного фильтра.

Исследовательские роботы.

Исследовательские роботы. Они служат для поиска, сбора, переработки и передачи информации об исследуемых объектах.

В этой области самыми распространенными являются роботы для игры в футбол.

RoboCup - международные соревнования среди роботов, основанные в 1993 году. Целью является создание автономных роботов-футболистов для содействия научным исследованиям в области искусственного интеллекта. Название RoboCup - сокращение от полного названия соревнования, англ. "Robot Soccer World Cup" (Чемпионат по футболу среди роботов), но, в рамках соревнования, существуют и другие виды состязаний, например, среди спасательных роботов, по танцам среди роботов.

Официальная цель проекта:

К середине 21-го века команда полностью автономных человекоподобных роботов-футболистов должна выиграть футбольный матч, соблюдая правила FIFA, у победителя Чемпионата мира.

Архитектура интеллектуального робота.

На сегодняшний день считается, что в состав интеллектуального робота должны входить:

Исполнительные органы - это манипуляторы, ходовая часть и др. устройства, с помощью которых робот может воздействовать на окружающие его предметы. Причем по своей структуре это сложные технические устройства, имеющие в своем составе сервоприводы, мехатронные части, датчики, системы управления. По аналогии с живыми организмами это руки и ноги робота.

Датчики - это системы технического зрения, слуха, осязания, датчики расстояний, локаторы и др. устройства, которые позволяют получить информацию из окружающего мира.

Система управления - это мозг робота, который должен принимать информацию от датчиков и управлять исполнительными органами. Эта часть робота обычно реализуется программными средствами. В состав системы управления интеллектуального робота должны входить следующие компоненты:

· Модель мира - отражает состояние окружающего робот мира в терминах, удобных для хранения и обработки. Модель мира выполняет функцию запоминания состояния объектов в мире и их свойств.

· Система распознавания - сюда входят системы распознавания изображений, распознавания речи и т.п. Задачей системы распознавания является идентификация, т.е. "узнавание" окружающих робот предметов, их положения в пространстве. В результате работы компонентов системы распознавания строится модель мира.

· Система планирования действий - осуществляет "виртуальное" преобразование модели мира с целью получения какого-нибудь действия. При этом обычно проверяется достижимость поставленной цели. Результатом работы планирования действий является построение планов, т.е. последовательностей элементарных действий.

· Система выполнения действий - пытается выполнить запланированные действия, подавая команды на исполнительные устройства и контролируя при этом процесс выполнения. Если выполнение элементарного действия оказывается невозможным, то весь процесс прерывается и должно быть выполнено новое (или частично новое) планирование.

· Система управления целями - определяет иерархию, т.е. значимость и порядок достижения поставленных целей.

Важными свойствами системы управления является способность к обучению и адаптации, т.е. способность генерировать последовательности действий для поставленной цели, а также подстраивать свое поведение под изменяющиеся условия окружающей среды для достижения поставленных целей.

Управление интеллектуальным роботом.

Операции выполняются интеллектуальным роботом в следующей последовательности:

· составляется план операций;

· с учетом распознавания условий работы и состояния объекта определяется порядок действий;

· приводятся в действие исполнительные механизмы робота.

В противоположность интеллектуальным роботам у обычных роботов план операций и порядок действий зависят от волевого решения человека-оператора, а приведение в действие исполнительных механизмов осуществляется автоматически.

Блок-схема системы управления интеллектуального робота показана на рис 1. Характерная особенность данной системы управления состоит в наличии функции распознавания объекта и его состояния с помощью сенсорных устройств и в определении (на основе этой информации и полученных от оператора команд) подлежащих выполнению действий. Это в значительной мере делает робот универсальным и способным адаптироваться к окружающей обстановке, а также обеспечивает простоту управления роботом.

Рис 1. Блок-схема системы управления интеллектуальным роботом

Распознавание и сенсорные устройства.

Интеллектуальный робот должен в значительной мере обладать способностью адаптации к окружающей обстановке. В этом, разумеется, важную роль играют сенсорные устройства, воспринимающие внешнюю информацию.

а) Сенсорные устройства

Можно выделить следующие три основных вида сенсорных устройств:

§ устройства зрения;

Зрительную информацию об образе можно получить, используя в качестве устройства ввода информации телекамеру. В настоящее время для ввода зрительной информации чаще всего применяют видиконы, но желательно разработать устройства, которые обладали бы более высокой помехозащищенностью при малых темновых токах. Кроме того, используются также некоторые другие системы. В недалеком будущем, вероятно, появятся устройства, в которых для зрительного ввода будут использоваться лазерные лучи.

Используемая для распознавания информация - это главным образом светотеневая (контрастная) информация, но может использоваться также информация о цвете и информация о положении (по светящимся точкам на изображении).

Распознаваемые объекты - трехмерные предметы. Процесс распознавания идет в следующей (последовательности:

предварительная обработка (контурное изображение);

распознавание;

измерение (необходимых параметров объекта, например его величины, местоположения и т. д.).

В проблеме распознавания существует много вопросов, представляющих большой интерес, например распознавание сложных фигур, распознавание предметов в случае, когда некоторые из них поставлены один на другой, т. д.

Для функционирования интеллектуального робота он должен "понимать" окружающую обстановку. Робот запоминает реальный мир своего окружения в виде некоторой модели, но для оценки окружающей обстановки одного зрения оказывается недостаточно.

§ устройства слуха;

Устройства слуха чаще используются для целей измерения и обнаружения, чем для распознавания образов. Помимо ультразвуковых измерений, касающихся местоположения объектов и их габаритов, устройства слуха используют для распознавания окончания операций и для обнаружения необычных шумов путем улавливания звуков и шумов на рабочем месте с помощью микрофонов.

§ устройства осязания.

В основном они используются для обнаружения местоположения и непосредственных измерений. Однако, помимо этого, тактильную информацию можно использовать для распознавания состояния поверхности предметов и их свойств (вес, эластичность и др.).

б) Функции распознавания

Сигналы, получаемые с помощью сенсорных устройств, как правило, представляют собой информацию, соответствующую какому-то "образу". Исходя "из этой информации, можно выявить особенности объекта и произвести необходимые измерения образа.

В распознавании объектов с помощью устройств зрения и слуха можно различать распознавание самого объекта операции и распознавание сигналов от оператора. Во втором случае речь идет о распознавании сигналов, записанных, например, на бумаге буквами или в виде графика, или о распознавании сигналов, подаваемых голосом

Обработка команд и принятие решений.

Интеллектуальный робот составляет план операций и выполняет работу на основе подаваемых человеком-оператором команд и результатов распознавания. Команды, подаваемые роботу, могут иметь самую различную форму: от простой и конкретной до достаточно абстрактной.

Что касается методов использования результатов распознавания, то они также могут быть весьма различными: от смены программ с помощью простейших датчиков, придающих роботу некоторые свойства адаптации, до автоматически выполняемого эвристического программирования.

а) Классификация по форме команд.

1) Форма последовательных команд применяется при управлении роботом с обучением с помощью ЭВМ. Для интеллектуального робота она непригодна.

2) Форма ориентированных команд. Это система подачи команд на выполнение роботом комплекса единичных операций. Во время исполнения каждой из команд робот сличает свои действия с выходными сигналами устройств распознавания. Исследования в этой области в будущем, вероятно, будут расширяться на основе совершенствования систем диалога с вычислительной машиной и машинного языка.

3) Форма общих команд. По этой системе роботу подают только команду, указывающую в общих чертах его задачу, а порядок выполнения операций робот определяет самостоятельно. Роботу предварительно задают лишь алгоритмы решения вопросов. Подобная система аналогична доказательству теорем с использованием заданных аксиом. Здесь оказывается возможным также автоматическое программирование.

Обмен информацией между человеком и интеллектуальным роботом.

Для выполнения операций с использованием интеллектуального робота необходимо осуществлять обмен информацией между человеком и роботом. У интеллектуальных роботов, как говорилось ранее, существует большое различие в "уровнях интеллекта". В соответствии с этим существуют средства обмена информацией, соответствующие тому или другому уровню. При обмене информацией между человеком и интеллектуальным роботом имеется информация, которую человек должен передать роботу, и информация, которую интеллектуальный робот направляет человеку. К первой относятся подаваемые роботу команды и информация обучения. Вторая включает сообщения человеку о ходе выполнения операций, об окончании операций, их результатах и т. д. или обращения к человеку за помощью.

Чтобы хорошо наладить обмен информацией между интеллектуальным роботом и человеком, можно использовать зрительную и слуховую связь. При зрительной связи средством получения интеллектуальным роботом информации от человека может быть распознавание букв и распознавание фигур и чертежей, а средством взаимной передачи информации - сочетание дисплея со световым пером. Преимущество зрительной связи состоит в том, что если человек во время подачи команд или обучения использует буквы, чертежи, фигуры и т.д., то это помогает организации его мышления.

При слуховой связи средством передачи информации является распознавание голоса. Используя технику синтеза речи, можно подавать команды и обучать робот человеческим голосом. Если окажется возможным создать говорящий робот, это значительно улучшит его взаимодействие с человеком. В Стэнфордском университете и других местах уже ведутся исследования в области управления роботом человеческим голосом.

В плане конкретизации перечисленных выше методов связи, важное значение имеют разработка аппаратуры для предварительной обработки информации и исследования в области структуры информации и машинных языков.

Размещено на Allbest.ru