微课10-2 机器人的概念

微课10-2周苏教授QQ：81505050机器人的概念机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，具有感知、决策、执行等基本特征。它能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务，可以辅助甚至替代人类完成危险、繁重、复杂的工作，提高工作效率与质量，服务人类生活，扩大或延伸人的活动及能力范围。如今，机器人学在工业自动化、医疗、太空探索等领域发挥着重要作用。软件机器人模拟器不但简化了工程师的开发工作，还为研究人工智能算法和机器学习提供了工具。微课10-2机器人的概念随着机器人技术的飞速发展，机器人所涵盖的内容越来越丰富。从应用环境出发，可以将机器人分为两大类，即制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人（特种机器人）。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。10.2.1机器人的定义一般来说，机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织给机器人下的定义是：“一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”中国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。”10.2.1机器人的定义在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。有一些技术可在人工智能研究中用来建立世界模型和描述世界状态变化的过程。关于机器人动作规划生成和规划监督执行等问题的研究，推动了规划方法的发展。由于机器人是一个综合性的课题，除机械手和步行机构外，还要研究机器视觉、触觉、听觉等信感技术以及机器人语言和智能控制软件等，这是一个涉及精密机械信息传感技术、人工智能方法、智能控制以及生物工程等学科的综合技术，研究有利于促进学科间相互结合，大大推动人工智能技术的发展。10.2.2机器人技术的本质为了防止机器人伤害人类，1942年，科幻小说家艾萨克·阿西莫夫在小说《钢洞》中提出了“机器人三原则”：（1）机器人不得伤害人类，不得看到人类受到伤害而袖手旁观。（2）机器人必须服从人类给予的命令，除非这种命令与第一原则相冲突。（3）只要与第一或第二原则没有冲突，机器人就必须保护自己的生存。这是给机器人赋予的伦理性纲领。几十年过去了，机器人学术界一直将这三条原则作为机器人开发的准则。10.2.3机器人“三原则”机器人可以是完全自主的，也可以在人类监督下操作。通常分为以下类别。（1）工业机器人：用于制造业中的重复性任务，如焊接、装配和包装。（2）服务机器人：为个人或企业提供服务，如家庭清洁机器人、导览机器人、医疗机器人和特种机器人等。（3）协作机器人：人们可以与机器人在生产线上协同工作，充分发挥机器人的效率及人类的智能。这种机器人不仅性价比高，而且安全方便，能够极大地促进制造企业的发展。协作型机器人扫除了人机协作的障碍，让机器人摆脱护栏或围笼的束缚，为其发展开启了新时代。10.2.4机器人的分类有必要区分智能和非智能机器人，以明确不同类型机器人的功能与技术要求。（1）技术复杂度。智能机器人通常包含先进的传感器、复杂的控制系统以及强大的计算能力，能够执行自主决策和学习任务。而非智能机器人依赖预编程的指令集进行操作，其行为是固定的，不具备自学习能力。（2）应用范围。智能机器人适用于需要高度灵活性和适应性的场景，例如服务机器人（如家庭助手）、医疗机器人（如手术辅助）、无人驾驶车辆等。而非智能机器人主要用于特定任务的自动化，如工业生产线上的机械臂、AGV自动导引车等。这些任务流程固定，环境可控，要求低。10.2.5智能与非智能机器人（3）成本与维护。智能机器人开发和部署成本较高，软件更新和系统维护也更复杂，它可以通过学习提高效率，减少人为干预；而非智能机器人设计和制造成本低，维护简单，适合大规模部署于单一任务环境中。（4）用户期望与体验。人们期待智能机器人具备更高的互动性和个性化服务能力，不仅能完成基本任务，还能理解用户的意图，提供定制化服务。而非智能机器人主要关注任务执行的准确性和稳定性。（5）法律与伦理考量。智能机器人涉及隐私保护、数据安全问题，当造成损害时，责任界定变得复杂；而非智能机器人其行为完全由预设程序控制，更多关注设备本身可靠性和安全性上。10.2.5智能与非智能机器人AIGC与机器人的结合不仅增强了机器人的功能，还拓宽了应用范围。其关键方面在于利用生成式人工智能增强机器人的交互能力、个性化服务和内容创造，使其能够更自然地与人类沟通并提供定制化的解决方案。（1）增强交互能力。通过集成先进的NLP模型，机器人能够理解和生成更加自然流畅的语言，从而提高人机交互体验，更贴近人类情感交流。（2）个性化服务。利用AIGC技术分析用户的行为数据，建立详细的用户画像，从而