機(jī)器人的智能化技術(shù)課件

機(jī)器人的智能化技術(shù)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院機(jī)器人的智能化技術(shù)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院1智能機(jī)器人概述1智能機(jī)器人技術(shù)要求2智能機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例312大智能機(jī)器人技術(shù)4智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素5智能機(jī)器人概述1智能機(jī)器人技術(shù)要求2智能機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例3122智能機(jī)器人概述智能機(jī)器人是一個(gè)在感知、思維、效應(yīng)方面全面，模擬人的機(jī)器系統(tǒng)，外形不一定像人。智能機(jī)器人它有相當(dāng)發(fā)達(dá)的“大腦”。在腦中起作用的是中央計(jì)算機(jī)，這種計(jì)算機(jī)跟操作它的人有直接的聯(lián)系。最主要的是，這樣的計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行按目的安排的動(dòng)作。正因?yàn)檫@樣，我們才說(shuō)這種機(jī)器人才是真正的機(jī)器人，盡管它們的外表可能有所不同。它是人工智能技術(shù)的綜合試驗(yàn)場(chǎng)，可以全面地考察人工智能各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)，研究他們相互之間的關(guān)系。還可以在有害的環(huán)境中替人從事危險(xiǎn)的工作、上天下海、戰(zhàn)場(chǎng)作業(yè)等方面大顯身手。智能機(jī)器人概述智能機(jī)器人是一個(gè)在感知、思維、效應(yīng)方面3智能機(jī)器人的技術(shù)要求智能機(jī)器人的技術(shù)要求控制過(guò)程識(shí)別過(guò)程智能運(yùn)算過(guò)程智能機(jī)器人的技術(shù)要求智能機(jī)器人的技術(shù)要求控制過(guò)程識(shí)別過(guò)程智能4控制過(guò)程將需要輸出的反應(yīng)轉(zhuǎn)譯為肢體運(yùn)動(dòng)和媒介信息。實(shí)用機(jī)器人在第三個(gè)方面做得比較多，而識(shí)別和智能運(yùn)算是很弱的，尤其是概念知識(shí)的存儲(chǔ)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(diǎn)解決的問(wèn)題。外界輸入的信息向概念邏輯信息轉(zhuǎn)譯，將動(dòng)態(tài)靜態(tài)圖像、聲音、語(yǔ)音、文字、觸覺(jué)、味覺(jué)等信息轉(zhuǎn)化為形式化(大腦中的信息存儲(chǔ)形式)的概念邏輯信息智能運(yùn)算過(guò)程輸入信息刺激自我學(xué)習(xí)、信息檢索、邏輯判斷、決策，并產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)。識(shí)別過(guò)程控制過(guò)程將需要輸出的反應(yīng)轉(zhuǎn)譯為肢體運(yùn)動(dòng)和媒介信息。實(shí)用機(jī)器人5智能機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例服務(wù)智能機(jī)器人

整個(gè)服務(wù)智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)建立在三大核心技術(shù)模塊：人機(jī)交互及識(shí)別模塊、環(huán)境感知模塊、運(yùn)動(dòng)控制模塊。依托于三大模塊，機(jī)器人有基礎(chǔ)的硬件：電池模組、電源模組、主機(jī)、存儲(chǔ)器、專用芯片等，還有操作系統(tǒng)服務(wù)智能機(jī)器人智能機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例服務(wù)智能機(jī)器人整個(gè)服務(wù)智能機(jī)器人產(chǎn)6

交互模塊包括語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)義識(shí)別、語(yǔ)音合成、圖像識(shí)別等，相當(dāng)于人的大腦；服務(wù)智能機(jī)器人三大核心技術(shù)模塊：感知+交互+運(yùn)控◆交互能力

交互模塊包括語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)義識(shí)別、語(yǔ)音合成、7

感知模塊借助于各種傳感器、陀螺儀、激光雷達(dá)、相機(jī)、攝像頭等，相當(dāng)于人的眼、耳、鼻、皮膚等服務(wù)智能機(jī)器人三大核心技術(shù)模塊：感知+交互+運(yùn)控◆感知能力感知模塊借助于各種傳感器、陀螺儀、激光雷達(dá)8

運(yùn)控模塊包括舵機(jī)、電機(jī)、芯片等，相當(dāng)于人的肌肉；服務(wù)智能機(jī)器人三大核心技術(shù)模塊：感知+交互+運(yùn)控◆運(yùn)控模塊

運(yùn)控模塊包括舵機(jī)、電機(jī)、芯片等，相當(dāng)于人的9服務(wù)智能機(jī)器人

服務(wù)機(jī)器人的各個(gè)細(xì)分模塊中，語(yǔ)音模塊重要性和成熟度均最高，語(yǔ)義模塊是目前突破重點(diǎn)，運(yùn)控模塊相對(duì)重要性最弱。服務(wù)機(jī)器人三大模塊可以繼續(xù)細(xì)分為語(yǔ)音模塊、語(yǔ)義模塊、圖像模塊、感知模塊、運(yùn)控模塊、芯片模塊。從技術(shù)儲(chǔ)備上來(lái)看，人工智能是核心。目前的技術(shù)儲(chǔ)備方面，只有語(yǔ)音和OCR領(lǐng)域具備一定的成熟度。語(yǔ)音和OCR領(lǐng)域已發(fā)展接近20年，在某些特定場(chǎng)景和行業(yè)已經(jīng)有了一些數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其他的技術(shù)包括圖像識(shí)別、語(yǔ)義分析都還在很早期的階段。語(yǔ)音領(lǐng)域，也是目前已知的平臺(tái)類企業(yè)最大的板塊。服務(wù)智能機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人的各個(gè)細(xì)分模塊中，語(yǔ)音模塊重要10機(jī)器人的智能化技術(shù)ppt課件11智能機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)顯示，2017年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)價(jià)值達(dá)13億美元，并將保持20%的年復(fù)合成長(zhǎng)（CAGR），到2020年達(dá)到33億美元。2017年，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人銷售收入占全球13%，到2020年將達(dá)到25%。工業(yè)機(jī)器人屬于智能機(jī)器人的一種。工業(yè)機(jī)器人智能機(jī)器人應(yīng)用實(shí)例市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)顯示，2017年中12機(jī)器人的智能化技術(shù)ppt課件13多傳感器信息融合技術(shù)是近年來(lái)十分熱門的研究課題，它與控制理論、信號(hào)處理、人工智能、概率和統(tǒng)計(jì)相結(jié)合，為機(jī)器人在各種復(fù)雜、動(dòng)態(tài)、不確定和未知的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)提供了一種技術(shù)解決途徑。

數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵問(wèn)題是模型設(shè)計(jì)和融合算法，數(shù)據(jù)融合模型主要包括功能模型、結(jié)構(gòu)模型和數(shù)學(xué)模型。

一、多傳感器信息融合多傳感器信息融合技術(shù)是近年來(lái)十分熱門的研究課題，它與14目前已有很多學(xué)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(quán)威性的是DFS（美國(guó)三軍政府組織-實(shí)驗(yàn)室理事聯(lián)席會(huì)（JDL）下面的C3I技術(shù)委員會(huì)（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(jí)。第1級(jí)是單源或多源處理，主要是數(shù)字處理、跟蹤相關(guān)和關(guān)聯(lián)；第2級(jí)是評(píng)估目標(biāo)估計(jì)的集合，及它們彼此和背景的關(guān)系來(lái)評(píng)估整個(gè)情況；第3級(jí)用一個(gè)系統(tǒng)的先驗(yàn)?zāi)繕?biāo)集合來(lái)檢驗(yàn)評(píng)估的情況。1.信息融合的功能模型目前已有很多學(xué)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(jié)構(gòu)模有多種不同的分類方法，其中一種分類標(biāo)準(zhǔn)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(lái)進(jìn)行分類。在這種分類標(biāo)準(zhǔn)下，融合結(jié)構(gòu)被分為傳感器級(jí)數(shù)據(jù)融合，中央級(jí)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(guò)程的分辨率來(lái)對(duì)融合結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。在這種情況下，融合結(jié)構(gòu)為像素級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí)融合。2.信息融合的結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)融合的結(jié)構(gòu)模有多種不同的分類方法，其中一種分類標(biāo)16信息融合的方法涉及到多方面的理論和技術(shù)，如信號(hào)處理、估計(jì)理論、不確定性理論、模式識(shí)別、最優(yōu)化技術(shù)、模糊數(shù)學(xué)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等這方面國(guó)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(jī)類方法和人工智能方法。3.多傳感器信息融合實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型信息融合的方法涉及到多方面的理論和技術(shù)，如信號(hào)處理、估17在機(jī)器人系統(tǒng)中，自主導(dǎo)航是一項(xiàng)核心技術(shù)，是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。自主移動(dòng)機(jī)器人常用的導(dǎo)航定位方法有以下四種。二、導(dǎo)航與定位在機(jī)器人系統(tǒng)中，自主導(dǎo)航是一項(xiàng)核心技術(shù)，是機(jī)器人研究18在視覺(jué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是基于局部視覺(jué)的在機(jī)器人中安裝車載攝像機(jī)的導(dǎo)航方式。

視覺(jué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要包括：攝像機(jī)（或CCD圖像傳感器）、視頻信號(hào)數(shù)字化設(shè)備、基于DSP的快速信號(hào)處理器、計(jì)算機(jī)及其外設(shè)等。1、視覺(jué)導(dǎo)航定位在視覺(jué)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中，目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的是基于局部19典型的光反射導(dǎo)航定位方法主要是利用激光或紅外傳感器來(lái)測(cè)距。激光和紅外都是利用光反射技術(shù)來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航定位的。

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

3、GPS全球定位系統(tǒng)如今，在智能機(jī)器人的導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用中，一般采用偽距22路徑規(guī)劃技術(shù)是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。最優(yōu)路徑規(guī)劃就是依據(jù)某個(gè)或某些優(yōu)化準(zhǔn)則（如工作代價(jià)最小、行走路線最短、行走時(shí)間最短等），在機(jī)器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)、可以避開(kāi)障礙物的最優(yōu)路徑。

三、路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃技術(shù)是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。最優(yōu)路徑23模版匹配方法是將機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)與過(guò)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(gè)模版庫(kù)，庫(kù)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(guò)特定的索引取得1.模版匹配路徑規(guī)劃技術(shù)模版匹配方法是將機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)與過(guò)去經(jīng)歷相比較，找到24人工勢(shì)場(chǎng)路徑規(guī)劃技術(shù)的基本思想是將機(jī)器人在環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)視為一種機(jī)器人在虛擬的人工受力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。（1）僅考慮環(huán)境中障礙物的運(yùn)動(dòng)速度，未考慮機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度；（2）認(rèn)為障礙物與機(jī)器人之間的相對(duì)速度是固定不變的，這不是完整的動(dòng)態(tài)環(huán)境。2.人工勢(shì)場(chǎng)路徑規(guī)劃技術(shù)人工勢(shì)場(chǎng)路徑規(guī)劃技術(shù)的基本思想是將機(jī)器人在環(huán)境中的運(yùn)25地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù)，是按照機(jī)器人自身傳感器搜索的障礙物信息，將機(jī)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(jì)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(gòu)建又分為路標(biāo)法和柵格法，也稱單元分解法。3.地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù)地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù)，是按照機(jī)器人自身傳感器搜索的障26前者是構(gòu)造一幅由標(biāo)志點(diǎn)和連接邊線組成的機(jī)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(kāi)法等。3.地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù)前者是構(gòu)造一幅由標(biāo)志點(diǎn)和連接邊線組成的機(jī)器人可行路徑27人工智能路徑規(guī)劃技術(shù)是將現(xiàn)代人工智能技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃中，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算、模糊邏輯與信息融合等。4.人工智能路徑規(guī)劃技術(shù)人工智能路徑規(guī)劃技術(shù)是將現(xiàn)代人工智能技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)28地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù)，是按照機(jī)器人自身傳感器搜索的障礙物信息，將機(jī)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(jì)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(gòu)建又分為路標(biāo)法和柵格法，也稱單元分解法。3.地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù)地圖構(gòu)建路徑規(guī)劃技術(shù)，是按照機(jī)器人自身傳感器搜索的障29三大技術(shù)成為智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素如今，越來(lái)越多的智能機(jī)器人出現(xiàn)在我們的生活中，它們不僅能與我們“對(duì)話”，還具備自我位置定位和自動(dòng)躲避障礙物等能力，其中一些“聰明”的機(jī)器人已經(jīng)可以擔(dān)任餐廳服務(wù)員和保姆等工作。今年春晚，更是出現(xiàn)了機(jī)器人方陣跳舞的場(chǎng)面，成為春晚的一大亮點(diǎn)。三大技術(shù)成為智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素如今，越來(lái)越多的30智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素一、人工智能技術(shù)

人工智能技術(shù)的研究包括語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專家系統(tǒng)等，涉及到以計(jì)算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)、哲學(xué)和語(yǔ)言學(xué)等學(xué)科為主的幾乎自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的所有學(xué)科。人工智能技術(shù)試圖了解智能的實(shí)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)人類的意識(shí)及思維過(guò)程的模擬，賦予機(jī)器人學(xué)習(xí)、推理、思考、規(guī)劃等智能行為和能力，使機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次的應(yīng)用，勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素一、人工智能技術(shù)人工智能技31智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素二、大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是智能機(jī)器人的強(qiáng)大后盾，大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)給智能機(jī)器人的迅速發(fā)展提供了新的動(dòng)力，也為智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的技術(shù)突破提供了更多可能。智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素二、大數(shù)據(jù)技術(shù)大數(shù)據(jù)技術(shù)是32智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素三、云計(jì)算技術(shù)

智能機(jī)器人是云計(jì)算的客戶端，而云計(jì)算是智能機(jī)器人的神經(jīng)中樞，決定著整個(gè)機(jī)器人的感知、運(yùn)動(dòng)和思考。同時(shí)，云計(jì)算擴(kuò)大了機(jī)器人使用資源的能力，其海量存儲(chǔ)功能為提升智能機(jī)器人的記憶提供了無(wú)限的可能，存儲(chǔ)的能力越強(qiáng)，所能辨別的東西就越多，所以云計(jì)算直接決定著智能機(jī)器人的記憶力。龐大的知識(shí)庫(kù)是大數(shù)據(jù)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，也是智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵點(diǎn)之一。智能機(jī)器人發(fā)展的關(guān)鍵要素三、云計(jì)算技術(shù)智能機(jī)器人是3312大智能機(jī)器人技術(shù)1、勞力機(jī)器人

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

近日拓斯達(dá)科技重磅新品強(qiáng)勢(shì)上市——全自動(dòng)化拋光打磨機(jī)器人，該機(jī)器人廣泛應(yīng)用在手機(jī)、平板電腦等面殼制造業(yè)，注塑成型出來(lái)的手機(jī)面殼注塑成型時(shí)會(huì)有結(jié)合線12大智能機(jī)器人技術(shù)2、拋光機(jī)器人近日拓斯達(dá)科技重磅3512大智能機(jī)器人技術(shù)3、蜘蛛機(jī)器人

蜘蛛機(jī)器人是利用自然界的力量來(lái)解決人類技術(shù)問(wèn)題，多年以來(lái)，機(jī)器人學(xué)家試著模擬蜘蛛的身體結(jié)構(gòu)，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(zāi)區(qū)搜尋營(yíng)救工作。12大智能機(jī)器人技術(shù)3、蜘蛛機(jī)器人蜘蛛機(jī)器人是利用自3612大智能機(jī)器人技術(shù)4、機(jī)器人士兵

美國(guó)陸軍上將康恩(RobertCone)1月份表示，到2030年機(jī)器人將取代四分之一的美國(guó)戰(zhàn)斗士兵。美國(guó)陸軍的目標(biāo)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(duì)，使用能夠承擔(dān)從排雷到前線作戰(zhàn)等一系列任務(wù)的機(jī)器人將有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。12大智能機(jī)器人技術(shù)4、機(jī)器人士兵美國(guó)陸軍上將康恩(3712大智能機(jī)器人技術(shù)5、調(diào)酒機(jī)器人

調(diào)酒機(jī)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(wù)。首6、農(nóng)業(yè)機(jī)器人

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

在加州大學(xué)舊金山分校的藥房里配藥的可不是真人，而是機(jī)器人。計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)接收藥方，而機(jī)器人則負(fù)責(zé)藥品的打包和分發(fā)。加州大學(xué)舊金山分校表示，在引入機(jī)器人的最初階段，機(jī)器人配發(fā)的350000劑藥品無(wú)一出錯(cuò)。12大智能機(jī)器人技術(shù)7、藥劑機(jī)器人在加州大學(xué)舊金山分3912大智能機(jī)器人技術(shù)8、拆彈機(jī)器人

在美國(guó)有超過(guò)450個(gè)拆彈小組，對(duì)每年數(shù)千樁與炸彈有關(guān)的事件作出響應(yīng)。其中一些拆彈小組已經(jīng)用上了機(jī)器人，這些機(jī)器人能夠更好地拆除炸彈，令人身風(fēng)險(xiǎn)降至最低。12大智能機(jī)器人技術(shù)8、拆彈機(jī)器人在美國(guó)有超過(guò)4504012大智能機(jī)