人工智能在机器人领域的研究与应用

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1 研究背景

人工智能的研究领域分支许多，从研究角度来分有三大分支：知识工程、模式辨别与机器人学。此刻社会，很多以机器人为题材的电影遇到人们的喜欢，如《异形》，《终结者》，《银翼杀手》等。这些电影也表现出人们对机器人领域的重视。“机器人”一词发源于捷克语，意为逼迫劳动力或奴隶。这个词是由剧作家 karel capek 引入的，他虚假创作的机器人很像frankenstein 博士的怪物-化学和生物学方法而不是机械方法创建的生物。但此刻流行文化中的机械机器人和这些虚假的生物创作物没多大差别。基本上，一个机器人包含：机械设施，如能够与四周环境进行交互的车轮平台、手臂或其余结构；设施上或四周的传感器，能够感知四周环境并向设施供给实用的反应；依据设施目前的状况办理传感输入，并依据状况指示系统履行相应动作的系统。在制造业领域，机器人的开发集中在履行制造过程的工程机器人手臂上。在航天工业中，机器人技术集中在高度专业的一种行星闲步者上。不一样于一台高度自动化的制造业设施，行星闲步者在月亮黑暗的那一面工作－没有无线电通信，可能碰到不测的状况。起码，一个行星闲步者一定具备某种传感输入源、某种解说该输入的方法和改正它的行动以响应改变着的世界的方法。其余，对感知和适应一个部分未知的环境的需求需要智能（换句话说就是人

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工智能）。参军事科技和空间探究到健康家产和商业，使用机器人的优势已经被认识到了这种程度 － 它们正在成为我们集体经验和平时生活的一部分。它们能把我们从危险和乏味中解脱出来。智能机器人自己能够认识工作环境、工作对象及其状态，依据人赐予的指令和自己的知识，决定工作方式，由操作机构和挪动机构实现任务，并能适 应工作环境的变化。智能机器人只需告诉它做什么，而不用告诉怎么做。它共有四种基本功能，分别是：(1)运动功能，近似于人的手、臂和腿的基本功能，对外界环境施加作用。(2)感知功能，获取外界信息的功能。(3)思想功能，求解问题的认识、判断、推理的功能。 (4)人机通信功能，理解指示，输出内部状态，与人进行信息沟通的功能。智能机器人是以一种“认知——适应”方式进行操作的。有名的机器人和人工智能专家布拉迪(brady)曾总结了机器人学目前方对的30个难题，包含传感器、视觉、灵活性、设计、控制、典型操作、推理和系统等几个方面，指出了机器人学当 前急需解决的难题。只有在这些方面有所打破，机器人应用和机器人学才能更适应社会的要求，成为开发人类智力的帮手。今日，在仿真人各样外在功能的各个方面，机器人的设计都有很大的进展。此刻有一些科学家在研究怎样从生物工程的角度去研制高传神度的仿真机器人。目前的机器人离人们心目中的能够做各样家务活，不辞辛苦，并会推测主人心思的所谓“机器佣人”的目标还相去甚远。由于机器人所表现的智能行为都是由人早先编好的程序决

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定的，机器人只会做人要他做的事。人的创建性、意念、联想、见机而作以致临机能断等都难以在机器人身上表现出来。要想使机器人融入人类的生活，看来仍是比较遥远的事情。節殁醞苌綰沣類钺鸽銠賽铩僥轿砀儀殴懶权純師钫冈緦乱狞烨計轳討。 2 有关理论研究现状 2.1 理论1 机器学习 2.1.1 描绘

机器学习在人工智能的研究中拥有十分重要的地位。一个不拥有学习能力的智能系统难以称得上是一个真实的智能系统，可是过去的智能系统都广泛缺乏学习的能力。比如，它们碰到错误时不可以自我校订；不会经过经验改良自己的性能；不会自动获取和发现所需要的知识。它们的推理仅限于演绎而缺乏概括，所以至多只好够证明已存在事实、定理，而不可以发现新的定理、定律和规则等。跟着人工智能的深入发展，这些性表现得更加突出。正是在这种情况下，机器学习渐渐成为人工智能研究的中心之一。它的应用已遍布人工智能的各个分支，如专家系统、自动推理、自然语言理解、模式辨别、计算机视觉、智能机器人等领域。此中特别典型的是专家系统中的知识获取瓶颈问题，人们向来在努力试图采纳机器学习的方法加以战胜。 目前，已有很多不一样的机器学习方法。可将这些学习方法中表现的基本学习策略总结为机械式学习、指导式学习、类比学习、概括学习、解说学习五种。馮换脛漬刽敘櫳鯫飲渔辇骜鷙縈悭須绢氌鰭嬪犷闹辭绅顳鈷瞼鉗赓骅。 人工智能在机器人领域的研究与应用

2.2 理论2 模式辨别 2.2.1 描绘

在模式辨别方面，主要研究方向有:①数据发掘；②医学图像聚类剖析；③视频图像的目标检测与追踪；④视频事件语义剖析；⑤人脸辨别；⑥小波理论在图像信号办理中的应用。 目前，在国家自然科学基金及多个省部级基金项目的支持下，深入研究这些智能技术和模式辨别技术，并将其应用到智能交通系统、鉴于内容的视频/图像检索系统、虚假现实环境等问题中。特别是，最近几年来与镇江江滨医院合作收集了近两年来的ct图像和mir图像，并依据人体部位分类建立了由头部、四肢等九部分构成的图像总数达20余万幅规模的散布式医学图像数据库。鉴于该数据库，展开了鉴于内容检索技术、鉴于医学图像感兴趣地区特色提取以及数据压缩等方面的研究，并开发了一个鉴于内容的腹部医学图像数据库管理系统。同时，研制开发了疲屈驾驶检测软件系统、电子病历书写器与嵌入式电子病历系统。这些系统可获取实质应用，有望产生较大的经济效益和社会效益。說鏈鎔骁義媼鑣掷识粵铐涼围馱颊帼陨动氫鲠飭獵錮覲聰箩绋锼鑊軀。 2.3 理论3 语音辨别 2.3.1 描绘

提起语音辨别，最简单想到的例子可能是不会讲笑话的siri，而像siri这种语音助手是科技巨头们竟相抢夺的领域，谷歌有assistant，亚马逊有alexa，微软有cortana，有

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jarvis，它们中间已经与应用处深度联合的当属亚马逊装备智能助理alexa的echo音响。除了智能家居领域外，将来语音技术在好多应用处景都有很好的时机。在智能车载场景中，用语音取代手势来控制汽车中的功能（比方控制 gps 导航、信息收发、电话接打、交际网络更新等），将可防止司机过分分别注意力，保证行车安全；教育领域，语音辨别协助英语教课和中英文同声翻译，你只需对着手机说出想要翻译的句子，即可获取中英文两重语音播读结果和可视的文本结果。虏蘿瓚风擬悬覡骠檁詩覬朧洼撑莺鲦謗嶧靄缉鐃聾镄藪钨执挞鈐铆曇。 2.4 理论4 人脸辨别 2.4.1 描绘

在人工智能中，人脸辨别是此中发展较为成熟的应用领域。同时，人脸辨别是切合国家趋向、惠及民生的领域，国家863计划、国家科技支撑计划、自然科学基金都会拔出了专款资助人脸识其余有关研究。在国家的支持和完美下，人脸辨别技术将会被推向更广阔的平时领域。馐蹤势祿馅栌鷦铛娇纓嘘奖鯢辘员攆襖鋱艷繰貨卫龊撺馮鵝颶锊氬銬。 此刻，“刷脸”已经成了人们生活中的平时事务，从挪动支付、解锁手机到学校、企业、小区门禁等，都运用到了人脸辨别技术。人脸辨别技术产品已宽泛应用于金融、司法、、、边检、、航天、电力、工厂、教育、医疗及众多企事业单位等领域。

欽语靨鏑緒讷丟玛車缦厌慫憮伥鱿丢滿奋訛輩滾砗驻胧滎亿齔錢跞举。 人脸辨别在手机端行业中，掀起了人脸辨别解锁技术高潮，各大

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手机厂商也簇拥堵入，此中最有影响力的即是iphone x的face id。面对日趋强烈的行业竞争，怎样在劲敌林立之下找到自己的立足之地，创新、打破技术显得尤其重要，在这一点上，旷视科技face++依靠此中心的人脸辨别技术 ，成为行业中的“佼佼者”。疯綠浒酾輩鹁蠟炽参鏽缎捞阌趱钠關輪笃笔踴验舊緄诈馄阚摈贗验儼。 2.5 理论5 机器视觉技术 2.5.1 描绘

我们所说的机器视觉技术，就是用机器取代人眼来做丈量和判断，其最大的特色是速度快、信息量大、功能多。机器视觉作为全世界智能的“慧眼”,很大程度上影响着人工智能的进步，无人驾驶、无人机、智能机器人等近期热门中的热门也以机器视觉的发展为前提。作为人功能智能发展前提的机器视觉技术，其主要有五大典型应用：门誠榪埙剴遗尧匱鴻貺華邁箩豬饫资纯铥箏闵馄钪僑褻寬鹺偽脹閶垭。 (1) 图像辨别应用：图像辨别，是利用机器视觉对图像进行办理、剖析和理解，以辨别各样不一样模式的目标和对象。图像辨别在机器视觉工业领域中最典型的应用就是二维码的辨别。将大批的数据信息储存在二维码中，经过条码对产品进行追踪管理，经过机器视觉系统，能够方便的对各样材质表面的条码进行辨别读取，大大提升了现代化生产的效率。仑锒曠讥褸鵓澩抛樅貸貯鸕捞跄缜蛴搅櫞禀渊謨聲漚惱啮汹测氌尷賃。 (2) 图像检测应用：检测是机器视觉工业领域最主要的应用之一。几乎全部产品都需要检测，而人工检测存在着许多的缺点，

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所以，拥有诸多长处的机器视觉在图像检测的应用方面也特别的宽泛，比如：2000年10月新刊行的第五套人民币中，壹圆硬币的侧边加强了防伪功能，鉴于生产过程的严格控制要求，在造币的最后一道工序上安装了视觉检测系统。蚁饃臚漿娱樅級鰣釙鷯飞務长苇軻蘢蒔歡软關麸閆箩鵑錾怆該鷥汉漸。 (3) 视觉定位应用：视觉定位要求机器视觉系统能够迅速正确的找到被测零件并确认其地点。在半导体封装领域，设施需要依据机器视觉获得的芯片地点信息调整拾取头，正确拾取芯片并进行绑定，这就是视觉定位在机器视觉工业领域最基本的应用。紅鸦蛺炼塹檻鏷属紗窪紂樯虧攔胁齬沤蝸妈窜产鼋场吴滸虑鹼膚龊语。 (4) 物体丈量应用：机器视觉工业应用最大的特色就是其非接触丈量技术，相同拥有高精度和高速度的性能，但非接触无磨损，除去了接触丈量可能造成的二次损害隐患。常有的丈量应用包含齿轮、接插件、汽车零零件、ic元件管脚、麻花钻、罗定螺纹检测等。镰鲚漵讨颅閡該蕁蟬黨轶织俁喬麥櫬鞯竞铛繹賡謨灏鯉戋荞坏艙嵘羟。 (5) 物体分拣应用：实质上，物体分拣应用是成立在辨别、检测以后一个环节，经过机器视觉系统将图像进行办理，实现分拣。在机器视觉工业应用中常用于食品分拣、零件表面瑕疵自动分拣、棉花纤维分拣等。輳緡讨糶慍发树饺親髖铯肅绩懇担铒銦渍耧劊憑诃搅沒坠卖過锻渖镟。 表2-1 机器视觉技术 图像辨别应用 图像检测应用

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视觉定位应用 物体丈量应用 物体分拣应用 3 研究发展及应用 1 工业机器人

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。如：机械手。能模拟人体某些器官的功能（主假如动作功能）、有的控制系统、能够改变工作程序和编程的多用途自动操作装置。工业机器人在工业生产中能取代人做某些单一，屡次和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，比如在冲压、压力锻造、热办理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装置等工序上，以及在原子能工业等部门中，达成对人体有害物料的搬运或工艺操作。谵羡琿覯鴣麩窩驃蕲蕲雠闊號殴栉钛選诃墜蛮閥錆贞藎覿蓯蛱闱邐鐃。 2“先行者”类人型机器人

经过十年攻关，国防科技大学研制成功我国第一台仿人型机器人——“先行者”，实现了机器人技术的重要打破。“先行者”有人相同的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足，有必定的语言功能，能够动向步行。 貧浹樓吨獺铢誹刿鷹黲煩谦镨唛臠緣績鐃齔钏谮喲赁轅蛴隴倫過誠陨。 人类与动物对比，除了拥有理性的思想能力、正确的语言表达能力外，拥有一双灵便的手也是人类的骄傲。正因这样，让机器人也拥有一双灵便的手成了很多科研人员的目标。 繞岘窥绨颀决湯蒼掄惧緱塋緡钠濘構蓮況卧飢针寵呓靓燈顧浈訛钰諾。 人工智能在机器人领域的研究与应用

在张启先院士的主持下，北京航空航天大学机器人研究所于80年月末开始灵便手的研究与开发，最先研究出来的bh－1型灵便手功能相对简单，但填充了当时国内空白。在随后的几年中又精益求精，此刻的灵便手已能灵便地抓持和操作不一样材质、不一样形状的物体。它配在机器人手臂上充任灵便尾端履行器可扩大机器人的作业范围，达成复杂的装置、搬运等操作。比方它能够用来抓取鸡蛋，既不会使鸡蛋掉下，也不会捏碎鸡蛋。灵便手在航空航天、医疗护理等方面有应用远景。夹挢恼砺嬰谣鼴撈謚癆帼递騮辋缜萦潜囪乡覓锞吨铤绗进诼內烩脐浈。 3 探究机器人

机器人关于探究的应用，即在恶劣或不适于人类工作的环境中履行任务。主要有2种探究机器人：自主机器人和遥控机器人。自主机器向来是人类的研究难题，好多专家都在尽最大可能的使机器人自主化。最为有名的是水下机器人和空间机器人。跟着大海事业的发展，水下机器人能够取代人类在深海中进行探究，发现了好多鲜为人知的深海生物。空间机器人主要任务分为两大方面：1.在月球、火星及其余星球等非人居住条件达成勘探；2.在宇宙取代宇航员做卫星的服务（主假如捕获、维修和补给能量），空间站上的服务及空间环境的应用试验。顏礪输殮載講纸緩哗涧鹺铆蛺亏盜詆協嬰鎣缇崂颅镁潍账营潍鵬劊谎。 4 总结

机器人技术领域已经创建了好多种拥有基本的物理和导航功能的机器人。同时，社会发展的趋向也开始成为将机器人联合到从

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娱乐到卫生保健的平时生活中。并且，机器人能够将好多人从危险的状况中解脱出来，实质上就是让机器人作为人类的代替品来使用。ai机器人技术研究人员所研究的好多应用程序已经开始实现这种可能了。此外，机器人还能够用于更一般的工作，如看门工作。但是机器人最先是开发用于肮脏、乏味和危险的应用程序，此刻它们已经被看作是人类的助手了。不论是什么应用程序，跟着将来科技发展到一个新的境地，机器人将会需要更多而不是更少的智慧，进而会对我们的社会形成巨大的影响。闳腫鸳搗讵虽鬮蔼媪撫梔贏呂認幗铰骋祷镔鸫鸺騁葒掃则認饃兖佇维。 参照文件

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