人工智能通识导论 课件 第7章 行为主义：智能机器人（通识导论）

第7章行为主义：智能机器人教材：

王万良《人工智能通识导论》高等教育出版社，20252第7章行为主义：智能机器人以人工智能技术为基础的智能机器人，拥有各种各样的传感器、灵活的构架以及应用程序，不论是从形体上还是从智力上，智能机器人都具备了某种程度的“社会人”的概念。本章从整体上介绍智能机器人的基本概念、智能机器人关键技术、智能机器人控制策略、智能机器人在各领域的应用情况等方面的内容。3第7章行为主义：智能机器人7.1机器人的产生与发展7.2机器人中的人工智能技术7.3智能机器人的应用7.4智能机器人技术展望7.5智能机器人伦理问题47.1机器人的产生与发展世界上第一台真正意义上机器人是谁发明的呢？1954年，美国人乔治·德沃尔制造出世界上第一台可编程的机器人，并申请了专利。1962年，美国AMF公司推出VERSATRAN和UNIMATION公司推出UNIMATE是采用示教再现。57.1机器人的产生与发展机器人（Robot）泛指一切模拟人类或者其他生物行为的机械，是集机械、材料、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科及前沿技术于一体的高端装备。（1）程序控制机器人（第一代）（2）自适应机器人（第二代）（3）智能机器人（第三代）智能机器人是在传统的机械机器人的基础上，应用人工智能技术，使得机器人具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知、规划、协同能力等。67.1机器人的产生与发展智能机器人具备各种传感器，包括视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器等。智能机器人能理解人类语言，还可以用人类语言与人类进行对话。机器人不是必须具备人的外在形态。例如，自动驾驶机器人作为轮式机器人，已经开始走向实用化。如特斯拉、谷歌等厂商，已经实现小规模量产。人工智能、物联网、大数据、云计算等信息技术促进智能机器人迅速发展，应用领域也不断地扩大。7第7章行为主义：智能机器人7.1机器人的产生与发展7.2机器人中的人工智能技术7.3智能机器人的应用7.4智能机器人技术展望7.5智能机器人伦理问题87.2机器人中的人工智能技术97.2.1机器人智能感知1.机器人“视觉”2.机器人“触觉”3.机器人“听觉”4.多传感器信息融合（1）“动态”的多模态数据（2）“污染”的多模态数据（3）“失配”的多模态数据107.2.2机器人智能导航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、搜索等找出最优路径或近似最优的路径，实现与障碍物无碰撞的安全运动。（1）惯性导航。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。（2）视觉导航。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。（3）卫星导航。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。117.2.3机器人路径智能规划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。机器人的路径规划分为：基于地图的全局路径规划、基于传感器的局部路径规划和基于地图、传感器的混合路径规划。智能路径规划的核心是实现自动避碰。机器人自动避碰系统由数据库、知识库、机器学习和推理机等构成。127.2.3机器人路径智能规划自动避碰的基本过程包括：（1）确定：静态参数：机器人本体长、宽以及负载等参数；动态参数：机器人速度及方向，在全速情况下至停止所需时间及前进距离，在全速情况下至全速倒车所需时间及前进距离，机器人第一次避碰时机等；相对位置参数：机器人本体与障碍之间的相对速度、相对速度方向、相对方位等。（2）根据障碍物参数分析机器人本体的运动态势，判断哪些障碍物与机器人本体存在碰撞危险，并对危险目标进行识别。（3）根据机器人与障碍物会遇局面分析结果调用相应的知识模块求解机器人避碰规划方式及目标避碰参数，并对避碰规划进行验证。137.2.4机器人运动智能控制随着传感技术以及人工智能技术的发展，智能运动控制和智能操作已成为机器人控制的主流。（1）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，因此，被广泛应用于机器人控制。（2）神经网络控制是基于人工神经网络的控制方法。它具有较强的自学习能力和非线性映射能力，它不依赖于比较精确的数学模型，能够解决数学模型难以描述或无法处理的控制系统，非常适用于智能机器人这种具有复杂、不确定、多变量、非线性系统的控制。（3）模糊控制的关键是模糊控制器，它主要由模糊化、模糊推理、模糊规则及逆模糊化。147.2.5机器人智能交互通过人机智能交互使得人们可以用语言、表情、动作或者一些可穿戴设备等与机器人进行自由的信息交流与理解。（1）利用虚拟现实技术创建智能机器人的工作环境。（2）基于可穿戴设备的人机交互也正在逐渐改变着人类的生产生活，实现人机和谐统一，将会是未来的发展趋势。（3）机器人通过对动态情境充分理解，完成动态态势感知，理解并预测协作任务，实现人-机器人互适应自主协作功能。（4）机器人对人的行为姿态进行理解和预测，继而理解人的意图，为人机交互与协作提供充分的信息。15第7章行为主义：智能机器人7.1机器人的产生与发展7.2机器人中的人工智能技术7.3智能机器人的应用7.4智能机器人技术展望7.5智能机器人伦理问题167.3智能机器人的应用智能机器人应用：扫地机器人，军用机器人，无人机，工业机器人，农业机器人等。智能机器人的发展将加入更多的先进技术，例如大数据、云计算、多传感器融合等技术。智能机器人还将实现多种算法的融合，例如模糊算法、神经网络算法等。大数据使智能机器人具有更丰富的知识储备；云计算实现机器人的思维联网；物联网实现智能机器人之间的交流。177.3.1工业机器人国际标准化组织（ISO）定义：工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机，具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。（1）装配机器人（2）焊接机器人187.3.1工业机器人（3）搬运机器人197.3.2农业机器人（1）采摘机器人207.3.2农业机器人（2）除草和施肥机器人217.3.2农业机器人（3）畜牧机器人227.3.3服务机器人（1）护士助手机器人（2）迎宾咨询服务机器人（3）家用服务机器人超高像素广角摄像头：室内监控和人脸识别。6阵列麦克风：降噪收音，声源定位。可动关节：多处可动，肢体语言，更加人性化。选装配件：应用于不同场景选装配件，如标签打印机等。超声波传感器：确保行走安全，高效停障防碰撞。激光雷达：高精度，高效的导航定位和避障绕障技术。高平衡底盘：行走更加平稳。高清触摸屏：显示交互信息，增强人机互动。超萌眼睛：闪动双眼，拟人化设计，亲和力。237.3.4医用机器人

医用机器人是用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的智能机器人。医用机器人种类很多，按照其用途不同，有临床医疗用机器人、护理机器人、医用教学机器人和为残疾人服务机器人等。247.3.5军用机器人25第7章行为主义：智能机器人7.1机器人的产生与发展7.2机器人中的人工智能技术7.3智能机器人的应用7.4智能机器人技术展望7.5智能机器人伦理问题267.4智能机器人技术展望1.基于物联网、人工智能、大数据、云计算的智能机器人技术云计算和大数据为智能机器人的发展提供了基础和动力，能适应复杂环境。2.具有高级智能的智能机器人技术机器人机器人采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术与所处环境进行交互。3.智能机器人的广泛应用机器人应用无限制，既可完成人能完成的工作，还可完成人不能完成的工作。27第7章行为主义：智能机器人7.1机器人的产生与发展7.2机器人中的人工智能技术7.3智能机器人的应用7.4智能机器人技术展望7.5智能机器人伦理问题287.5智能机器人伦理问题1942年，美国科幻作家艾萨克·阿西莫夫（IsaacAsimov）提出“机器人三定律”：第一定律：机器人不得伤害人类，且确保人类不受伤害；第二定律：在不违背第一法则的前提下，机器人必须服从人类的命令；第三定律：在不违背第一及第二法则的前提下，机器人必须保护自己。297.5智能机器人伦理问题随着机器人越来越复杂，专家及学者越来越重视机器人的伦理、道德及法律问题。2002年，“国际机器人伦理学研讨会”，首次使用了“机器人伦理学”（robotethics）这一术语。机器人伦理学是人类设计、建造、使用和对待机器人的道德。机器人伦理学以人类为中心，关注人类如何在设计和使用操作阶段与这些机器进行联系和交互。307.5智能机器人伦理问题机器人伦理重点关注与贯彻安全性原则、主体性原则以及建设性原则等3条基本原则。1．安全性原则阿尔法狗在围棋、生命科学等方面的成就，预示着具有自主学习能力的强人工智能、超级人工智能的机器人越来越有可能出现，引发的人工智能安全性问题的讨论越来越强烈。有很多学者对机器人技术的安全性深表忧虑。比如，霍金警告我们，人类创造智能机器的努力将威胁人类自身的存在。

机器人伦理需要超前于现有的技术,提前为将来可能出现的问题作好理论准备,防患于未然。317.5智能机器人伦理问题2．主体性原则人与技术的关系：人是主体，技术是客体；人是目的，技术是手段。随着人类的体力与脑力劳动越来越多地被机器人取代，人的主体性地位也随之降低。在机器人伦理中需要强调人的主体性地位，也就是强调人的能动性、个体差异性与选择性。主体性原则要求人类能够很好地控制机器人，这也是实现安全性原则的前提。机器人伦理研究的根本目标：如何在确保人类主体性地位的前提下，规范人类与机器人的行为。327.5智能机器人伦理问题3.建设性原则机器人伦理研究不仅仅是抽象的理论研究，除了宏观