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1人工智能-智能機(jī)器人IntelligentRobot2025/8/14

2內(nèi)容提要1.1概述1.2機(jī)器人的智能技術(shù) 1.3機(jī)器人應(yīng)用 1.4智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)1.5小結(jié)概述智能機(jī)器人是一種具有智能的、高度靈活的、自動(dòng)化的機(jī)器，具備感知、規(guī)劃、動(dòng)作、協(xié)同等能力，是多種高新技術(shù)的集成體。智能機(jī)器人是將體力勞動(dòng)和智力勞動(dòng)高度結(jié)合的產(chǎn)物，構(gòu)建能“思維”的人造機(jī)器。智能機(jī)器人的“智能”特征在于它具有與外部世界：對(duì)象、環(huán)境和人相適應(yīng)、相協(xié)調(diào)的工作機(jī)能。從控制方式看，智能機(jī)器人不同于工業(yè)機(jī)器人的“示教再現(xiàn)”，也不同于遙控機(jī)器人的“主—從操縱”，而是以一種“認(rèn)知—適應(yīng)”的方式自律的進(jìn)行操作。2025/8/14

3概述智能機(jī)器人最大特點(diǎn)是：只需要告訴它“做什么”，而不用告訴它“怎么做”。智能機(jī)器人應(yīng)具有四種機(jī)能：運(yùn)動(dòng)機(jī)能：相當(dāng)于人的手和腳、臂和腿的工作機(jī)能，對(duì)環(huán)境施加作用；感知機(jī)能：獲取外部環(huán)境信息以便進(jìn)行自我行動(dòng)決策和監(jiān)視的機(jī)能，通常講的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等；思維機(jī)能：求解問(wèn)題的認(rèn)識(shí)、推理、判斷機(jī)能；人—機(jī)通信機(jī)能：理解指示命令，輸出內(nèi)部狀態(tài)，與人進(jìn)行信息交換的機(jī)能。

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5內(nèi)容提要1.1概述1.2機(jī)器人的智能技術(shù)

1.3機(jī)器人應(yīng)用 1.4智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)1.5小結(jié)智能機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)智能機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)指一個(gè)智能機(jī)器人系統(tǒng)中的智能、行為、信息、控制的時(shí)空分布模式。以其系統(tǒng)的智能、行為、信息、控制作為分類標(biāo)準(zhǔn)，具有7種典型結(jié)構(gòu)：分層遞階結(jié)構(gòu)包容結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)自組織結(jié)構(gòu)分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)化控制結(jié)構(gòu)社會(huì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)2025/8/14

6動(dòng)作行動(dòng)感知

外部環(huán)境傳感器認(rèn)知分層遞階結(jié)構(gòu)1979年薩里迪斯（SaridisG）提出分層遞階結(jié)構(gòu)，其分層原則是：隨著控制精度的增加而智能能力減少。他根據(jù)這一原則把智能控制系統(tǒng)分為3級(jí)，即組織級(jí)，協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)。分層遞階結(jié)構(gòu)是目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的慎思結(jié)構(gòu)，其核心在于基于符號(hào)的規(guī)劃，其思想源于西蒙和紐厄爾的物理符號(hào)系統(tǒng)假說(shuō)。分層遞階結(jié)構(gòu)中兩個(gè)典型的代表是SPA(sense-plan-act)和NASREM2025/8/14

7包容結(jié)構(gòu)1986年，布魯克斯（R.Brooks）以移動(dòng)機(jī)器人為背景提出了一種依據(jù)行為來(lái)劃分層次和構(gòu)造模塊的思想

。包容結(jié)構(gòu)中每個(gè)控制層直接基于傳感器的輸入進(jìn)行決策，在其內(nèi)部不維護(hù)外界環(huán)境模型，可以在完全陌生的環(huán)境中進(jìn)行操作。Brooks采用包容結(jié)構(gòu)構(gòu)造了多種機(jī)器人，這些機(jī)器人顯示出非常強(qiáng)的智能行為。隨后涌現(xiàn)了一批基于包容思想的研究成果。2025/8/14

8三層結(jié)構(gòu)三層結(jié)構(gòu)由反饋控制層、慎思規(guī)劃層和連接二者的序列層構(gòu)成。三層結(jié)構(gòu)是分層遞階和包容結(jié)構(gòu)相融合的混合結(jié)構(gòu)，它既吸取了遞階結(jié)構(gòu)中高層規(guī)劃的智能性，又保持了包容結(jié)構(gòu)中低層反應(yīng)的靈活性。機(jī)器人內(nèi)部狀態(tài)是傳感信息融合的結(jié)果，是對(duì)外界環(huán)境的反映。三層結(jié)構(gòu)中，序列層維護(hù)著狀態(tài)信息，反映的是環(huán)境的過(guò)去，控制層直接處理傳感信息，面對(duì)的是環(huán)境的現(xiàn)在，慎思層經(jīng)過(guò)規(guī)劃推理，預(yù)測(cè)的是環(huán)境的將來(lái)，從而保證了智能機(jī)器人在時(shí)間維上對(duì)環(huán)境的準(zhǔn)確把握。三層結(jié)構(gòu)的不足之處是忽視了傳感信息融合、學(xué)習(xí)和環(huán)境建模。2025/8/14

9自組織結(jié)構(gòu)1997年，羅森勃拉特(RosenblattJ)在移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中提出了DAMN結(jié)構(gòu)。自組織結(jié)構(gòu)由一組分布式功能模塊和一個(gè)集中命令仲裁器組成。各功能模塊基于領(lǐng)域知識(shí)通過(guò)規(guī)劃或反應(yīng)方式自主產(chǎn)生行為(投票)，由仲裁器產(chǎn)生一致的、理性的、目標(biāo)導(dǎo)向的動(dòng)作到控制器。各功能模塊的投票受表決權(quán)大小的影響，表決權(quán)由模式管理器維護(hù)并可以動(dòng)態(tài)修改。于是，在不同的任務(wù)、環(huán)境狀態(tài)下，各功能模塊會(huì)表現(xiàn)出不同的輸人輸出關(guān)系，即通過(guò)分布投票、集中仲裁且動(dòng)態(tài)改變表決權(quán)的方式實(shí)現(xiàn)變構(gòu)，從而使DAMN結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出自組織能力。2025/8/14

10自組織結(jié)構(gòu)自組織結(jié)構(gòu)的智能分布在其動(dòng)態(tài)可變的結(jié)構(gòu)中，突破了傳統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中功能分布模式固定的框架，具有良好的可擴(kuò)充性和自適應(yīng)、自組織性能，但其集中仲裁的機(jī)制往往是信息流通和系統(tǒng)控制的瓶頸。2025/8/14

11分布式結(jié)構(gòu)1998年，比亞喬（PiaggioM）提出一種稱為HEIR(hybridexpertsinintelligentrobots)的非層次結(jié)構(gòu)，由處理不同類型知識(shí)的3個(gè)部分組成：符號(hào)組件(S)、圖解組件(D)和反應(yīng)組件(R)，每個(gè)組件又都是一個(gè)由多個(gè)具有特定認(rèn)知功能的、可以并發(fā)執(zhí)行的Agent構(gòu)成的專家組，各組件沒(méi)有層次高低之分，自主地、并發(fā)地工作，相互間通過(guò)信息交換進(jìn)行協(xié)調(diào)，這是一種典型的分布式結(jié)構(gòu)。2025/8/14

12進(jìn)化控制結(jié)構(gòu)將進(jìn)化計(jì)算理論與反饋控制理論相結(jié)合，形成了一個(gè)新的智能控制方法——進(jìn)化控制。它能很好地解決移動(dòng)機(jī)器人的學(xué)習(xí)與適應(yīng)能力方面的問(wèn)題。進(jìn)化控制結(jié)構(gòu)的獨(dú)特之處在于其智能分布在進(jìn)化規(guī)劃過(guò)程中。進(jìn)化計(jì)算在求解復(fù)雜問(wèn)題優(yōu)化解時(shí)具有獨(dú)到的優(yōu)越性，展現(xiàn)適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的自主性。2025/8/14

13社會(huì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)1999年，魯尼(RooneyB)根據(jù)社會(huì)智能假說(shuō)提出了由物理層、反應(yīng)層、慎思層和社會(huì)層構(gòu)成的社會(huì)機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)[Rooney1999](圖10-7)，其特色之處在于基于信念-愿望-意圖（BDI）模型的慎思層和基于Agent通信語(yǔ)言Teanga的社會(huì)層，BDI賦予了機(jī)器人心智狀態(tài)，Teanga賦予了機(jī)器人社會(huì)交互能力。2025/8/14

14認(rèn)知機(jī)器人結(jié)構(gòu)認(rèn)知機(jī)器人是一種具有類似人類高層認(rèn)知能力、并能適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境、完成復(fù)雜任務(wù)額新一代機(jī)器人。認(rèn)知機(jī)器人的抽象結(jié)構(gòu)，分為三層，即計(jì)算層、構(gòu)件層和硬件層。計(jì)算層包括知覺(jué)、認(rèn)知、行動(dòng)。知覺(jué)是在感覺(jué)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，是對(duì)感覺(jué)信息的整合與解釋。認(rèn)知包括行動(dòng)選擇、規(guī)劃、學(xué)習(xí)、多機(jī)器人協(xié)同、團(tuán)隊(duì)工作等。行動(dòng)是機(jī)器人控制系統(tǒng)的最基本單元，包括移動(dòng)、導(dǎo)航、避障等，所有行為都可由它表現(xiàn)出來(lái)。行為是感知輸入到行動(dòng)模式的映射，行動(dòng)模式用來(lái)完成該行為。在構(gòu)件層包括感覺(jué)驅(qū)動(dòng)器（感覺(jué)庫(kù)）、行動(dòng)驅(qū)動(dòng)器（運(yùn)動(dòng)庫(kù)）和通信接口。硬件層有傳感器、激勵(lì)器、通信設(shè)施等。當(dāng)機(jī)器人在環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，通過(guò)傳感器獲取環(huán)境信息,根據(jù)當(dāng)前的感知信息來(lái)搜索認(rèn)知模型，如果存在相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)與之匹配，則直接根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)行動(dòng)決策，如果不具有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，則機(jī)器人利用知識(shí)庫(kù)來(lái)進(jìn)行推理。2025/8/14

15認(rèn)知機(jī)器人結(jié)構(gòu)2025/8/14

16密西根大學(xué)的萊德(LairdJ)等采用SOAR認(rèn)知模型構(gòu)建認(rèn)知機(jī)器人，系統(tǒng)中將符號(hào)處理與非符號(hào)處理結(jié)合，具有多種學(xué)習(xí)機(jī)制。機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)機(jī)器人要對(duì)外部世界的信息進(jìn)行感知，就要依靠各種傳感器。就像人類一樣，在機(jī)器人的眾多感知傳感器中，視覺(jué)系統(tǒng)提供了大部分機(jī)器人所需的外部世界信息。因此視覺(jué)系統(tǒng)在機(jī)器人技術(shù)中具有重要的作用。2025/8/14

17機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)的組成光源攝像機(jī)電視攝像機(jī)CCD攝像機(jī)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)分類依據(jù)視覺(jué)傳感器的數(shù)量和特性，目前主流的移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)有單目視覺(jué)雙目立體視覺(jué)多目視覺(jué)全景視覺(jué)2025/8/14

18機(jī)器人定位技術(shù)移動(dòng)機(jī)器人導(dǎo)航中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自身的準(zhǔn)確定位是一項(xiàng)最基本、最重要的功能。移動(dòng)機(jī)器人常用的定位技術(shù)包括以下幾個(gè)：基于航跡推算的定位技術(shù)基于信號(hào)燈的定位方法基于地圖的定位方法基于路標(biāo)的定位方法基于視覺(jué)的定位方法2025/8/14

19自主視覺(jué)導(dǎo)航機(jī)器人自主視覺(jué)導(dǎo)航是目前世界范圍內(nèi)人工智能、機(jī)器人學(xué)、自動(dòng)控制等學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。采用被動(dòng)光學(xué)傳感器的視覺(jué)方法，體積功耗小，信息量豐富，因此基于視覺(jué)方法進(jìn)行地形感知與地圖構(gòu)建具有廣闊的應(yīng)用前景。2025/8/14

20視覺(jué)伺服系統(tǒng)基于視覺(jué)的伺服控制形式。這種方式可以克服模型中存在的不確定性，提高視覺(jué)定位或跟蹤的精度。2025/8/14

21機(jī)器人規(guī)劃規(guī)劃的任務(wù)是尋找一個(gè)動(dòng)作序列使問(wèn)題求解（如控制系統(tǒng)）可以完成某個(gè)特定的任務(wù)。規(guī)劃實(shí)質(zhì)分類時(shí)淡化規(guī)劃內(nèi)容，只考慮規(guī)劃的實(shí)質(zhì)(1)任務(wù)規(guī)劃：對(duì)求解問(wèn)題的目標(biāo)和任務(wù)等進(jìn)行規(guī)劃，又稱為高層規(guī)劃。(2)路徑規(guī)劃：對(duì)求解問(wèn)題的途徑、路徑、代價(jià)等進(jìn)行規(guī)劃，又稱為中層規(guī)劃。(3)軌跡規(guī)劃：對(duì)求解問(wèn)題的空間幾何軌跡及其生成進(jìn)行規(guī)劃，又稱為底層規(guī)劃。2025/8/14

22任務(wù)規(guī)劃STRIPS是由現(xiàn)在的斯坦福研究所（SRIInternational）開(kāi)發(fā)的，意思是斯坦福研究所規(guī)劃系統(tǒng)（StanfordResearchInstitutePlanningSystem）。這個(gè)控制程序是用來(lái)驅(qū)動(dòng)20世紀(jì)70年代的Shakey機(jī)器人的。整個(gè)STRIPS系統(tǒng)的組成如下:(1)世界模型。為一階謂詞演算公式。(2)操作符(F規(guī)則)。包括先決條件、刪除表和添加表。(3)操作方法。應(yīng)用狀態(tài)空間表示和中間-結(jié)局分析。2025/8/14

2324積木世界的機(jī)器人規(guī)劃

積木世界由一些有標(biāo)記的立方形積木，互相堆迭在一起構(gòu)成；機(jī)器人有個(gè)可移動(dòng)的機(jī)械手，它可以抓起積木塊并移動(dòng)積木從一處至另一處。2025/8/14

25機(jī)器人能夠執(zhí)行的動(dòng)作舉例如下：

unstack(a,b)：把堆放在積木b上的積木a拾起。在進(jìn)行這個(gè)動(dòng)作之前，要求機(jī)器人的手為空手，而且積木a的頂上是空的。

stack(a,b)：把積木a堆放在積木b上。動(dòng)作之前要求機(jī)械手必須已抓住積木a，而且積木b頂上必須是空的。

pickup(a)：從桌面上拾起積木a，并抓住它不放。在動(dòng)作之前要求機(jī)械手為空手，而且積木a頂上沒(méi)有任何東西。

putdown(a)：把積木a放置到桌面上。要求動(dòng)作之前機(jī)械手已抓住積木a。積木世界的機(jī)器人規(guī)劃2025/8/14

26綜合機(jī)器人的動(dòng)作序列，即在某個(gè)給定初始情況下，經(jīng)過(guò)某個(gè)動(dòng)作序列而達(dá)到指定的目標(biāo)。機(jī)器人問(wèn)題的狀態(tài)描述和目標(biāo)描述均可用謂詞邏輯公式構(gòu)成：

ON(a,b)：積木a在積木b之上。

ONTABLE(a)：積木a在桌面上。

CLEAR(a)：積木a頂上沒(méi)有任何東西。

HOLDING(a)：機(jī)械手正抓住積木a。

HANDEMPTY：機(jī)械手為空手。積木世界的機(jī)器人規(guī)劃2025/8/14

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目標(biāo)在于建立一個(gè)積木堆，其中，積木B堆在積木C上面，積木A又堆在積木B上面。CBA機(jī)械手ABC機(jī)械手（a）初始布局（b）目標(biāo)布局積木世界的機(jī)器人規(guī)劃2025/8/14

28初始布局可由下列謂詞公式的合取來(lái)表示：CLEAR(B)：積木B頂部為空CLEAR(C)：積木C頂部為空ON(C，A)：積木C堆在積木A上ONTABLE(A)：積木A置于桌面上ONTABLE(B)：積木B置于桌面上HANDEMPTY：機(jī)械手為空手積木世界的機(jī)器人規(guī)劃2025/8/14

29用F規(guī)則求解規(guī)劃序列

STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)的規(guī)則由3部分組成：第一部分是先決條件。第二部分是一個(gè)叫做刪除表的謂詞。

第三部分叫做添加表。

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30例：表示堆積木的例子中move這個(gè)動(dòng)作，如下所示：

move(x,y,z)：把物體x從物體y上面移到物體z上面。先決條件：CLEAR(x),CLEAR(z)，ON(x,y)

刪除表：ON(x,z)，CLEAR(z)

添加表：ON(x,z)，CLEAR(y)如果move為此機(jī)器人僅有的操作符或適用動(dòng)作，那么，可以生成move動(dòng)作的搜索圖或搜索樹(shù)。CLEAR(X)CLEAR(Z)ON(X,Y)ONTABLE(Y)ONTABLE(Z)CLEAR(X)CLEAR(Y)ON(X,Z)ONTABLE(Y)ONTABLE(z)move(X,Y,Z)用F規(guī)則求解規(guī)劃序列2025/8/14

31機(jī)器人的4個(gè)動(dòng)作(或操作符)可用STRIPS形式表示如下：stack(X,Y)

先決條件和刪除表：HOLDING(X)∧CLEAR(Y)

添加表：HANDEMPTY，ON(X，Y)unstack(X,Y)

先決條件：HANDEMPTY∧ON(X，Y)∧CLEAR(X)

刪除表：ON(X，Y)，HANDEMPTY

添加表：HOLDING(X)，CLEAR(Y)pickup(X)

先決條件：ONTABLE(X)∧CLEAR(X)∧HANDEMPTY

刪除表：ONTABLE(X)∧HANDENPTY

添加表：HOLDING(X)putdown(X)

先決條件和刪除表：HOLDING(X)

添加表：ONTABLE(X)，HANDEMPTY積木世界的機(jī)器人規(guī)劃2025/8/14

32從初始狀態(tài)開(kāi)始，正向地依次讀出連接弧線上的F規(guī)則，我們就得到一個(gè)能夠達(dá)到目標(biāo)狀態(tài)的動(dòng)作序列于下：

{unstack(C,A),putdown(C),pickup(B),

stack(B,C),

pickup(A),stack(A,B)}就把這個(gè)動(dòng)作序列叫做達(dá)到這個(gè)積木世界機(jī)器人問(wèn)題目標(biāo)的規(guī)劃。積木世界的機(jī)器人規(guī)劃2025/8/14

33STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)STRIPS的介紹

STRIPS是由Fikes、Hart和Nilsson3人在1981及1982研究成功的，它是夏凱(Shakey)機(jī)器人程序控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。STRIPS系統(tǒng)組成世界模型：為一階謂詞演算公式；-操作符(F規(guī)則)：包括先決條件、刪除表和添加表；-操作方法：應(yīng)用狀態(tài)空間表示和中間-結(jié)局分析。2025/8/14

34STRIPS規(guī)劃系統(tǒng)三角表2025/8/14

35分層任務(wù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分層分解是處理復(fù)雜問(wèn)題常見(jiàn)的方法。層次結(jié)構(gòu)的好處在于在每一層上，一個(gè)任務(wù)都能被分解為下一個(gè)較低層次的少量動(dòng)作，所以對(duì)當(dāng)前問(wèn)題尋找正確的方法來(lái)安排這些動(dòng)作比較有效。這種思想與偏序規(guī)劃方法結(jié)合起來(lái)就是規(guī)劃方法中的分層任務(wù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃（hierarchicaltasknetworkplanning）。把整體任務(wù)分解成容易處理的子任務(wù)集合，并且通過(guò)子任務(wù)集合的求解而最終得到整體任務(wù)的解。分層任務(wù)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題可以用四元組來(lái)描述:P=(s0，w，O，M)，其中，s0是初始狀態(tài)，w是初始任務(wù)網(wǎng)絡(luò)，O是是操作的集合，M是方法的集合。2025/8/14

36路徑規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的路徑規(guī)劃是指機(jī)器人在有障礙物的工作環(huán)境中，尋找出一條從起點(diǎn)到終點(diǎn)的路徑，使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能無(wú)碰撞地繞過(guò)所有障礙物到達(dá)目的地，其實(shí)質(zhì)就是移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的導(dǎo)航和避障?；诓煌难芯糠较?，移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃有著不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)。比較常用的有根據(jù)環(huán)境信息感知程度分類和根據(jù)環(huán)境信息確定性分類在當(dāng)今移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃中，全局路徑規(guī)劃主要是環(huán)境建模和路徑搜索策略兩個(gè)子問(wèn)題。其中環(huán)境建模的主要方法有自由空間法、可視圖法(V-Graph)和柵格法(Grids)等。路徑搜索主要有：A*算法、D*最優(yōu)算法等。局部路徑規(guī)劃的主要方法有遺傳算法、人工勢(shì)場(chǎng)法(ArtificialPotentialField)、模糊邏輯算法和滾動(dòng)窗口法等。。2025/8/14

軌跡規(guī)劃?rùn)C(jī)器人軌跡(trajectory)泛指機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡，即運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的位移、速度和加速度。軌跡的生成一般是先給定軌跡上的若干個(gè)點(diǎn)，將其經(jīng)運(yùn)動(dòng)學(xué)反解映射到關(guān)節(jié)空間，對(duì)關(guān)節(jié)空間中的相應(yīng)點(diǎn)建立運(yùn)動(dòng)方程，然后按這些運(yùn)動(dòng)方程對(duì)關(guān)節(jié)進(jìn)行插值，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)空間的運(yùn)動(dòng)要求，這一過(guò)程通常稱為軌跡規(guī)劃。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡的描述一般是對(duì)其手部位姿的描述，此位姿值可與關(guān)節(jié)變量相互轉(zhuǎn)換?？刂栖壽E也就是按時(shí)間控制手部或工具中心走過(guò)的空間路徑(path)。2025/8/14

37軌跡規(guī)劃在軌跡規(guī)劃中，為敘述方便，也常用點(diǎn)來(lái)表示機(jī)器人的狀態(tài)，或用它來(lái)表示工具坐標(biāo)系的位姿，例如起始點(diǎn)、終止點(diǎn)就分別表示工具坐標(biāo)系的起始位姿及終止位姿。更詳細(xì)地描述運(yùn)動(dòng)時(shí)不僅要規(guī)定機(jī)器人的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，而且要給出介于起始點(diǎn)和終止點(diǎn)之間的中間點(diǎn)，也稱路徑點(diǎn)。這時(shí)，運(yùn)動(dòng)軌跡除了位姿約束外，還存在著各路徑點(diǎn)之間的時(shí)間分配問(wèn)題。例如，在規(guī)定路徑的同時(shí)，必須給出兩個(gè)路徑點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間.2025/8/14

38軌跡規(guī)劃軌跡規(guī)劃既可以在關(guān)節(jié)空間中進(jìn)行，也可以在直角坐標(biāo)空間中進(jìn)行。在關(guān)節(jié)空間中進(jìn)行軌跡規(guī)劃是指將所有關(guān)節(jié)變量表示為時(shí)間的函數(shù)，用這些關(guān)節(jié)函數(shù)及其一階、二階導(dǎo)數(shù)描述機(jī)器人預(yù)期的運(yùn)動(dòng)；在直角坐標(biāo)空間中進(jìn)行軌跡規(guī)劃是指將手爪位姿、速度和加速度表示為時(shí)間的函數(shù)，而相應(yīng)的關(guān)節(jié)位置、速度和加速度由手爪信息導(dǎo)出。2025/8/14

39軌跡的生成方式(1)示教-再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)由人手把手示教機(jī)器人，定時(shí)記錄各關(guān)節(jié)變量，得到沿路徑運(yùn)動(dòng)時(shí)各關(guān)節(jié)的位移時(shí)間函數(shù)q(t)；再現(xiàn)時(shí)，按內(nèi)存中記錄的各點(diǎn)的值產(chǎn)生序列動(dòng)作。(2)關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)直接在關(guān)節(jié)空間里進(jìn)行。由于動(dòng)力學(xué)參數(shù)及其極限值直接在關(guān)節(jié)空間里描述，所以用這種方式求最短時(shí)間運(yùn)動(dòng)很方便。(3)空間直線運(yùn)動(dòng)。這是一種直角空間里的運(yùn)動(dòng)，它便于描述空間操作，計(jì)算量小，適宜簡(jiǎn)單的作業(yè)。(4)空間曲線運(yùn)動(dòng)。這是一種在直角空間中用明確的函數(shù)表達(dá)的運(yùn)動(dòng)，如圓周運(yùn)動(dòng)、螺旋運(yùn)動(dòng)等。2025/8/14

40情感機(jī)器人情感機(jī)器人就是用人工的方法和技術(shù)賦予機(jī)器人以人類式的情感，使之具有表達(dá)、識(shí)別和理解喜樂(lè)哀怒，模仿、延伸和擴(kuò)展人的情感的能力。20世紀(jì)90年代各國(guó)紛紛提出了“情感計(jì)算”、“感性工學(xué)”、“人工情感”與“人工心理”等理論，為情感識(shí)別與表達(dá)型機(jī)器人的產(chǎn)生奠定了理論基礎(chǔ)。主要的技術(shù)成果有：基于圖像或視頻的人臉表情識(shí)別技術(shù)；基于情景的情感手勢(shì)、動(dòng)作識(shí)別與理解技術(shù)；表情合成和情感表達(dá)方法和理論；情感手勢(shì)、動(dòng)作生成算法和模型；基于概率圖模型的情感狀態(tài)理解技術(shù)；情感測(cè)量和表示技術(shù)，情感交互設(shè)計(jì)和模型等。這種機(jī)器人能夠比較逼真地模擬人的許多種情感表達(dá)方式，能夠較為準(zhǔn)確地識(shí)別幾種基本的情感模式。2025/8/14

41情感機(jī)器人真正具有類人情感的機(jī)器人必須具備三個(gè)基本系統(tǒng)：情感識(shí)別系統(tǒng)、情感計(jì)算系統(tǒng)和情感表達(dá)系統(tǒng)。2025/8/14

42發(fā)育機(jī)器人發(fā)育機(jī)器人與傳統(tǒng)機(jī)器人的不同之處表現(xiàn)在：不是針對(duì)某種特定的任務(wù)，必須要對(duì)未知可能發(fā)生的任務(wù)生成合理的表示，要像動(dòng)物一樣可以在線的進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)這種學(xué)習(xí)是一種增量的過(guò)程，即要保證高層的決策建立在底層比較簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)之上。另外，自組織特性也是發(fā)育機(jī)器人的獨(dú)特之處，在沒(méi)有人類進(jìn)行干擾的情況下，發(fā)育機(jī)器人也要保證能對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行合理的組織與存儲(chǔ)。

1996年，翁巨揚(yáng)（WengJ）提出了機(jī)器人自主智力發(fā)育的思想。2001年，他在Science雜志上詳細(xì)地闡述了自主智力發(fā)育的思想框架與可實(shí)現(xiàn)的算法模型2025/8/14

43發(fā)育機(jī)器人發(fā)育模型的構(gòu)建與發(fā)育學(xué)習(xí)算法的設(shè)計(jì)是發(fā)育機(jī)器人主要研究的兩大方面。發(fā)育模型的基本結(jié)構(gòu)2025/8/14

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45內(nèi)容提要1.1概述1.2機(jī)器人的智能技術(shù) 1.3機(jī)器人應(yīng)用

1.4智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)1.5小結(jié)機(jī)器人應(yīng)用2013年，全球工業(yè)機(jī)器人銷量17．9萬(wàn)臺(tái)；中國(guó)銷售3．7萬(wàn)臺(tái)，約占全球市場(chǎng)份額20％。中國(guó)首次成為全球最大機(jī)器人市場(chǎng)。2014年，全球工業(yè)機(jī)器人銷量22．5萬(wàn)臺(tái)；中國(guó)銷售5．6萬(wàn)臺(tái)，增幅54％，約占全球市場(chǎng)份額25％，其中中國(guó)本土企業(yè)銷量為1．6萬(wàn)臺(tái)。但是，中國(guó)每萬(wàn)人工業(yè)機(jī)器人保有量為30，不及全球平均水平的一半，市場(chǎng)潛力巨大。2025/8/14

46機(jī)器人戰(zhàn)士Porton

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BostonDynamicsPetMan2025/8/1448

火星探測(cè)器2025/8/1449好奇號(hào)勇氣號(hào)

BostonDynamics機(jī)器狗2025/8/1450/watch?feature=player_embedded&v=M8YjvHYbZ9wBigDog：能攜帶150公斤重物的機(jī)器人服務(wù)機(jī)器人2025/8/14

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TOYS2025/8/14

52Robocup2015-合肥2025/8/14

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54內(nèi)容提要1.1概述1.2機(jī)器人的智能技術(shù) 1.3機(jī)器人應(yīng)用 1.4智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)1.5小結(jié)

智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)2025/8/1455今后機(jī)器人要轉(zhuǎn)向與人合作的階段。與人共融將是下一代機(jī)器人的特征。國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究，并朝著智能化和多樣化方向發(fā)展。主要研究?jī)?nèi)容集中在以下10個(gè)方面：(1)工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。(2)機(jī)器人控制技術(shù)：重點(diǎn)研究開(kāi)放式，模塊化控制系統(tǒng)，人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)言、圖形編程界面正在研制之中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)(3)多傳感系統(tǒng)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵。

智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)2025/8/1456(4)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)靈巧，控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小，二者正朝著一體化方向發(fā)展。(5)機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機(jī)器人半自主和自主技術(shù)，多機(jī)器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。(6)虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙控操作和人機(jī)交互。(7)多智能體調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。主要對(duì)多主體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理，感知與學(xué)習(xí)方法，建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。

智能機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)2025/8/1457（8）微型和微小機(jī)器人技術(shù):這是機(jī)器人研究的一個(gè)新的領(lǐng)域和重點(diǎn)發(fā)展方向。微小型機(jī)器人技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、控制方法、傳感技術(shù)、通信技術(shù)以及行走技術(shù)等方面。（9）軟機(jī)器人技術(shù)（softrobotics）:主