Интеллектуальные роботы

Интеллектуальные  роботы.

1. История (вступление)
2. Архитектура(более подробно)
3. Видео(одно)
4. Виды роботов (военные роботы, промышленные роботы и др.)
5. Поколения роботов(более подробно)
6. Технологии Искусственного Интеллекта для роботов(дополнить из пдф)
7. Заключение (прогнозы)(добавить)
8. Список литературы

 

1. История(вступление)

Робот – это  машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или  полностью выполняет функции  человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.

     На  протяжении многих веков люди изобретают механизмы, способные облегчить  нашу жизнь. Их уже несчетное множество, но, безусловно, самым высоким достижением  человеческой мысли являются всевозможные роботы.

     Современная робототехника основана на компьютерных технологиях: без компьютеров роботы не смогли бы и десятой части того, что они могут. Искусственный  интеллект и робототехника всегда были тесно связаны друг с другом. Одним из важных направлений искусственного интеллекта до сих пор считается  целенаправленное поведение роботов, т.е. создание интеллектуальных роботов, способных автономно совершать  операции по достижению целей, поставленных человеком. 

2. Поколения роботов.

 

3. поколения роботов:
1. Программные. Жестко заданная программа (циклограмма).
2. Адаптивные. Возможность автоматически перепрограммироваться (адаптироваться) в зависимости от обстановки. Изначально задаются лишь основы программы действий.
3. Интеллектуальные. Задание вводится в общей форме, а сам робот обладает возможностью принимать решения или планировать свои действия в распознаваемой им неопределенной или сложной обстановке.

 

Можно условно выделить три поколения в истории создания и развития робототехники.

Первых роботов  трудно назвать интеллектуальными. Только в 60-х годах появились очувствленные роботы, которые управлялись универсальными компьютерами. К примеру, в 1969 г. в Электротехнической лаборатории (Япония) началась разработка проекта "промышленный интеллектуальный робот". Цель этой разработки — создание очувствленного манипуляционного робота с элементами искусственного интеллекта для выполнения сборочно-монтажных работ с визуальным контролем.

Манипулятор робота имеет шесть степеней свободы  и управляется мини-ЭВМ NEAC-3100 (объем  оперативной памяти 32000 слов, объем  внешней памяти на магнитных дисках 273000 слов), формирующей требуемое  программное движение, которое отрабатывается следящей электрогидравлической системой. Захват манипулятора оснащен тактильными  датчиками.

В качестве системы  зрительного восприятия используются две телевизионные камеры, снабженные красно- зелено- синими фильтрами для распознавания цвета предметов. Поле зрения телевизионной камеры разбито на 64*64 ячеек. В результате обработки полученной информации грубо определяется область, занимаемая интересующим робота предметом. Далее, с целью детального изучения этого предмета выявленная область вновь делится на 4096 ячеек. В том случае, когда предмет не помещается в выбранное "окошко", оно автоматически перемещается, подобно тому, как человек скользит взглядом по предмету.

Робот Электротехнической лаборатории был способен распознавать простые предметы, ограниченные плоскостями  и цилиндрическими поверхностями  при специальном освещении. Стоимость  данного экспериментального образца  составляла примерно 400000 долларов.

Постепенно характеристики роботов монотонно улучшались, Но до сих пор они еще далеки по понятливости от человека, хотя некоторые  операции уже выполняют на уровне лучших жонглеров. К примеру удерживают на лезвии ножа шарик от настольного тенниса.

Таким образом, различают:

1 поколение: Роботы  с жесткой системой управления. Практически все современные  промышленные роботы принадлежат  к первому поколению Фактически это программируемые манипуляторы.

2 поколение: Адаптивные  роботы с сенсорными устройствами. Первые роботы этого типа обладали  довольно примитивными сенсорами,  однако сейчас они значительно  усложнились. Тем не менее,  наиболее совершенные роботы  этого класса существуют пока  только в лабораториях.

3 поколение: Самоорганизующиеся  или интеллектуальные роботы. Конечная  цель развития робототехники.  Основные нерешенные проблемы  в этом направлении: проблемы  машинного зрения, адекватной обработки  и хранения трехмерной визуальной  информации, несовершенства баз  знаний робота.

В настоящее время  в мире изготавливается более 60 000 роботов в год[3]. Практически, робототехника  сегодня является инженерной наукой, не отвергающая идей искусственного интеллекта, но не готовая пока к  их внедрению в силу различных  причин. 

3. Архитектура интеллектуальных роботов.

 

1. Исполнительные  органы
2. Датчики
3. Система управления
4. Модель мира
5. Система распознавания
6. Система планирования действий
7. Система выполнения действий
8. Система управления целями

Интеллектуальный  робот, как агент МАРС представляет собой автоматическую систему, состоящую  из следующих основных (базовых) компонент:

1. Двигательная система (ДС);
2. Сенсорная система (СС);
3. Интеллектуальная управляющая система (ИУС);
4. Коммуникационная система (КС);

Все эти компоненты взаимосвязаны, причем в мехатронном роботе они конструкционно интегрированы в одном «теле» (например, в андроидном роботе).

Архитектура мехатронного робота-агента представлена на рисунке.

 

Главными особенностями  робота, как агента МАРС являются:

- наличие собственной  (локальной) базы данных и знаний  в интеллектуальной системе навигации  и управления движением;

- наличие средств связи (коммуникации) для обмена данными и знаниями с другими агентами-роботами и людьми.

Агенты-роботы обычно интегрируются в МАРС для совместного  достижения общих (глобальных) целей  и решения сложных задач. При  этом возникают новые проблемы группового управления, навигации и коммуникации, связанные с организацией коллективного  поведения роботов.

Принцип действия мульти-агентных систем навигации и управления движением основываются на декомпозиции общей (глобальной) задачи на ряд локальных задач, распределяемых между роботами-агентами, планировании коллективного поведения агентов, координации взаимодействия агентов на основе кооперации, коммуникации и разрешения конфликтных ситуаций.

Мульти-агентные ИУС имеют иерархическую архитектуру и включают в себя следующие уровни:

- система планирования  групповой навигации организации  коллективного поведения агентов-роботов  (стратегический уровень координации  группового поведения);

- локальные системы  интеллектуального или нейросетевого управления движением роботов, как агентов (тактический уровень локального интеллектуального управления).

Задачи стратегического  уровня могут возлагаться на специального агента-координатора, а задачи тактического уровня параллельно решаются локальными системами навигации и управления движением роботов, как агентов. В результате мульти-агентной навигации и интеллектуального управления значительно увеличивается надежность, адаптивность и быстродействие МАРС в изменяющейся среде с препятствиями. 

4. Виды роботов

Интеллектуальных  роботов можно условно разделить  на две категории: рабочие (т. е. роботы, сконструированные для служебных  задач) и домашние. 

1. Интеллектуальные  домашние роботы

искусственный интеллект робот

Интеллектуальный  робот, как машина-исполнитель должен принимать задание в общей  форме, а сам робот должен обладать возможностью принимать решения  или планировать свои действия в  распознаваемой им неопределенной или  сложной обстановке.

В Стэндфордском  университете работает группа из 10 профессоров  информатики и около 30 аспирантов и студентов над проектом STAIR. Это аббревиатура, образованная от "Стэндфордского робота с искусственным  интеллектом" (Stanford Artificial Intelligence Robot). "В течение десятилетия мы надеемся разработать технологии, которые сделают полезным присутствие робота в каждом доме и офисе", — рассказывает руководитель проекта Эндрю Нг (Andrew Ng).

На первом этапе, который начался в 2006 году, был создан мобильный колесный робот STAIR («Ступенька»), оснащенный одним  манипулятором, лазерным дальномером  и несколькими камерами. В 2008 году STAIR уже умел самостоятельно находить двери и открывать их. На сегодняшний момент робот понимает голосовые команды типа «Принеси степлер», самостоятельно находит степлер среди других предметов в помещении, берет его манипулятором и приносит человеку, отдавшему команду. Это делает новый алгоритм, который позволяет "Ступеньке" узнавать знакомые особенности в незнакомых объектах и выбирать правильный захват. Какие именно алгоритмы и методы ИИ используются в данном роботе исследователи не сообщают. В настоящее время группа начинает использовать для экспериментов робота PR2 компании WillowGarage.

Молодая американская компания Willow Garage разрабатывает четырёхколёсного «домашнего» робота Personal Robot 2 (PR2). Компания поставила перед собой задачу разработки действительно интеллектуальных и многофункциональных роботов для повседневного использования в роли помощников. PR2 — робот ростом немного ниже человека и весом 145 кг. Он обладает четырьмя степенями свободы в туловище, имеет две руки с восемью свободы. Ещё три степени свободы "полагаются" голове, оснащённой стереокамерой и лазерным дальномером. Вся электрика, механика, электропитание, три бортовых компьютера, электроника плюс софт заключены в самом роботе.  

рис. 1. –  Personal Robot 2  

 

Наиболее  впечатляющее достижение этого робота на данный момент — самостоятельное  прохождение "лабиринта" из комнат, коридоров и закрытых дверей в  поисках стандартных (что важно) бытовых розеток, от которых этот бот успешно и заряжает свои батареи.

Робот контролирует силу, развиваемую своей рукой (датчики  встроены в моторы сочленений). Более  того, на конце каждого из его  пальцев размещено по 22 сенсора  давления. Так что он хорошо чувствует  движение двери и не нажимает на неё слишком сильно там, где этого  не требуется. В этом умении новый  бот ближе к человеку, чем к  прежним машинам, открывавшим двери  заранее "заученным" и жёстко заданным движением.

Идеология проекта PR2 — развитие бытовых роботов  с "умом" на базе специальной операционной системы робота (ROS) с открытым исходным кодом. Весной этого года Willow Garage бесплатно раздала десять экземпляров PR2 студенческим исследовательским лабораториям.

"Наша  конечная цель заключается в  том, чтобы обеспечить набор  возможностей, столь общих и универсальных,  что они смогут быть использованы  в качестве составных элементов  в более сложных приложениях", — объяснил замысел изобретателей  Себастьян Тран (Sebastian Thrun), директор Стэнфордской лаборатории искусственного интеллекта и член совета директоров Willow Garage.

К примеру, недавно специалисты Токийского университета (University of Tokyo) модифицировали ROS от "гаража", чтобы построить что-то своё. И это только расширяет возможности проекта, к которому так или иначе подключается всё больше специалистов.

Учёные  из Калифорнийского университета в  Беркли (UC Berkeley) впервые обучили робота, предоставленного компанией Willow Garage, взаимодействию с деформирующимися объектами. Как ни странно, но только сейчас удалось научить машину работать с мягкими и, главное, легко и непредсказуемо меняющими форму предметами.

Исследователи из Беркли создали алгоритм, который  позволил роботу PR2 складывать в ровные стопки заранее неизвестные ему  полотенца разных форм, цветов и  сделанные из различных материалов. В видеоролике показано, как PR2 справляется  с бельём не хуже заправской домохозяйки. В пресс-релизе отмечалось, что робот  успешно справился с полотенцами  во всех 50 попытках.