《智能机器人》课件.pptx
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1、第十一章智能机器人11.1智能机器人基本概念11.2智能机器人关键技术11.3智能机器人控制策略11.4智能机器人应用of311习题序言下载提示:该课件是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。课件下载后可定制修改,请根据实际需要进行调整和使用,谢谢!Download reminder:This courseware is carefully compiled by this shop.I hope that after you download it,it can help you solve practical problems.The courseware can
2、 be customized and modified after downloading,please adjust and use it according to actual needs,thank you!11.1 智能机器人基本概念第11章 智能机器人of313智能机器人基本概论机器人技术发展 智能机器人是一种包含了多学科知识的技术,它是伴随着人工智能的出现而产生的。如今,智能机器人的地位变得越来越重要,在很多领域和岗位上都需要有智能机器人的参与和配合,因此,人们对智能机器人的研究也越来越深入。虽然在现阶段,我们在生活中还很少发现智能机器人的影子,但是,在未来,随着智能机器人技术的不
3、断发展,伴随着越来越多科研人员的努力,相信智能机器人势必会走进每个家庭,为人们提供更好的服务,对人类和社会起到非常重要的作用。伴随着信息技术、计算机等相关技术的快速发展,机器人技术的发展也越来越快,应用领域也不断地扩大,机器人的发展在智能化、多样化的道路上越走越远。11.1 智能机器人基本概念第11章 智能机器人of3141第一代机器人:它可以根据人们事先编写好的程序工作,而且只能按照固定的模式重复工作。2第二代机器人:第二代机器人具有一定的自适应能力,可以根据不同的需要按照不同的程序完成不同的工作。3第三代机器人:第三代机器人就是智能机器人。它是在科技不断发展的环境下应运而生的。智能机器人具
4、有人的智慧,有一定的分析和判断能力,可以根据周围环境和自身的状态采取相应的策略来完成任务,具有很强的学习能力和自适应能力。简单来讲,对于机器人,国际上是这样来定义的。它是一种可以通过编程来完成各种任务的机器,通过改变程序,就可以实现完成不同任务的功能。机器人的发展主要经历了三个阶段:11.1 智能机器人基本概念第11章 智能机器人of315 所谓的“智能机器人”就是在传统的机械机器人的基础上,再加上一个和人一样具有智慧的“大脑”,这个“大脑”通常指的是智能机器人内部的一个中央处理器。虽然智能机器人可以进行自我控制,但它不具备人体内部的结构,只是具备各种传感器,包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传
5、感器等。智能机器人能够理解人类的语言,还可以用人类语言与人类进行对话。11.1 智能机器人基本概念第11章 智能机器人of3161传感型机器人:本身不带有智能单元,只有感应机构和执行机构,在实际操作过程中,传感型机器人可以通过视觉、听觉、触觉等传感系统处理信息,它的控制是由外部的计算机实现的,计算机上具有完善的智能处理单元,可以根据机器人获得的信息对机器人进行合理的控制。2交互型机器人:可以通过计算机系统与人类进行对话,具有一定的语言交流能力,由操作员来实现对机器人的控制和操作,虽然它具备了一定的处理问题和决策问题的能力,但是存在一定的局限性。3自主型机器人:自主型机器人可以不受人的干预,自主
6、应对各种复杂的环境,自动完成任务。它包括感知、处理、决策、执行等应用模块,可以模仿人的思考方式和行为方式,独立处理各种问题,自主完成各种复杂活动。智能机器人可以从不同的角度进行分类。按照用途可以分为家庭机器人、医疗机器人、军事机器人等;按照作业空间可以分为水下机器人、管道机器人、空中机器人等;按照移动方式可以分为爬行机器人、步行机器人、轮式机器人等。第十一章智能机器人11.1智能机器人基本概念11.2智能机器人关键技术11.3智能机器人控制策略11.4智能机器人应用of317习题11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of318 智能机器人涉及到的关键技术直接关系到机器人智能化的程度。
7、目前,对智能机器人的发展影响比较大的关键技术主要包括:多传感器融合、自主导航与避障、路径规划、智能控制以及人机接口技术等。随着社会的发展,人们的需求也不断增多,对智能机器人的要求也越来越高。在智能机器人的研发过程中,有一些关键性的技术可以起到非常重要的作用。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of319 多传感器信息融合是信息综合处理的专门技术,它广泛应用于工业机器人、自动控制、医疗诊断等多个领域。多传感器信息融合技术是指,协调使用多个传感器,把分布在不同位置的多个传感器所提供的相关信息进行综合处理,以产生更全面更准确的信息的过程。经过融合之后的传感器可以更精确地反应被测对象的特性
8、,消除多传感器之间可能存在的冗余,降低了不确定性。多传感器信息融合的过程:多传感器信息融合的过程包括多传感器、数据预处理、信息融合中心等部分。图为多传感器信息融合的过程。传感器在周围环境或空间中进行信号检测,然后将得到的信号经过A/D转换器转换成能够被计算机识别和处理的数字信号,再通过预处理环节去除干扰和噪声,然后经过信息融合中心对被测对象进行特征提取和融合计算,最后输出结果。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of3110 智能机器人的导航是指机器人根据自身传感系统对内部姿态和外部环境进行感知,通过对环境信息的识别、存储、搜索等一系列操作找出最优路径或近似最优的路径,实现与障碍物
9、无碰撞的安全运动。1.导航方式分类:智能机器人常用的导航方式主要有:惯性导航、视觉导航、卫星导航等。不同的导航方式适用的环境不同,包括室内室外环境,简单环境和复杂环境等。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of3111 惯性导航方式是指利用加速度计和陀螺仪等惯性传感器测量机器人的方位角和加速率,从而推知机器人的当前位置和下一步目的地。这种导航方式实现起来比较简单,但是随着机器人航程的增长,误差的积累会无限增加,控制及定位的精度很难提高。1(1)惯性导航11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of3112 视觉导航方式是指机器人利用自身装配的摄像机拍摄周围环境的局部图像,然后
10、根据图像处理技术将外部环境的相关信息存储起来,为机器人进行自身定位以及下一步动作的规划,从而实现机器人自主规划路线,最终安全到达终点,完成全局导航。这种导航方式中涉及到的图像处理技术计算量大,还存在实时性差的问题。(2)视觉导航211.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of3113 卫星导航方式是指机器人通过安装卫星信号接收装置在室内或者在室外实现自身定位。这种导航方式存在近距离定位精度低等缺点,在实际应用中一般都结合其他导航技术一起工作。(3)卫星导航311.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of3114 2.导航系统结构 智能机器人的自主导航系统主要任务是实现把感知、规划、
11、决策、动作等模块有效地结合起来,从而完成指定的任务。图为一种智能机器人的自主导航系统的控制结构图。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of31153.导航的任务全局定位智能机器人在一个陌生的环境中执行任务时,它可以检测并识别环境中的具体实物,把它作为一种参考来完成自身的精确定位。识别目标及检测障碍物在智能机器人行动的过程中,需要实时的检测和识别障碍物,以提高控制系统的稳定性。安全保护在执行任务的过程中,智能机器人要确保智能机器人不受到外界障碍物的伤害。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of31161.路径规划分类 路径规划从不同的方面可以有不同的划分方法,它本身可以划
12、分成不同的层次。根据对环境的掌控情况,机器人的路径规划可以分为三种情况。(1)基于地图的全局路径规划。(2)基于传感器的局部路径规划。(3)混合型方法。该方法的意图在于结合全局和局部的优点。路径规划技术主要是指用最优路径规划算法,找到一条从起点到终点可以有效避开障碍物的最优路径。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of31172.路径规划方法 路径规划的方法主要包括:可视图法、人工势场法、基于模糊逻辑的路径规划、基于神经网络的路径规划、基于遗传算法的路径规划等。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of31183.路径规划问题的特点:(1)随机性 复杂环境的变化通常存在很
13、多随机性和不确定的因素。(2)复杂性 在复杂环境下,尤其是在动态时变的环境中,智能机器人的路径规划很复杂,往往需要很大的计算量。(3)多约束 智能机器人的运动存在物理约束和几何约束,物理约束指的是受机器人的速度和加速度的制约,几何约束指的是受机器人的形状制约。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of3119 智能控制是控制理论发展的高级阶段,主要用来解决复杂系统的控制问题。智能控制研究的对象通常是具有不确定数学模型以及有复杂的任务要求的。目前,智能机器人的智能控制应用最多的智能控制方法有模糊控制和神经网络控制,在后续的小节中会详细的介绍。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机
14、器人of3120 人机接口技术主要是研究如何使人与计算机方便、自然的进行交流。近年来,人们越来越多的利用虚拟现实技术创建智能机器人的工作环境,从而使操作者可以身临其境地进行操作,各种虚拟现实的装置也不断地被提出,例如类似人的手、臂以及双眼视觉系统等。设计良好的人机接口已经成为智能机器人研究的重点问题之一,具有重要的价值。11.2 智能机器人关键技术第11章 智能机器人of3121 根据目前的技术水平,完全用计算机来实现对智能机器人的控制有很多困难,智能机器人系统还不能脱离人的控制,因此,在进行控制操作时,还需要借助人机交互进行协调。由于人们希望与计算机进行很好的交流,因此,人机接口技术的研究变
15、得尤为重要。一方面,对智能机器人进行控制的计算机需要有一个完善的人机界面,另一方面计算机需要理解人的语言文字,还要会表达。随着计算机技术的发展,在人机接口技术领域有了更多的应用,例如图像处理、文字识别等。第十一章智能机器人11.1智能机器人基本概念11.2智能机器人关键技术11.3智能机器人控制策略11.4智能机器人应用of3122习题11.3 智能机器人控制策略第11章 智能机器人of3123常用的智能机器人控制算法主要包括:PID控制 自适应控制神经网络控制11.3 智能机器人控制策略第11章 智能机器人of3124 PID控制算法控制结构简单,参数容易调整,易于实现,而且具有较强的鲁棒性
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