Искусственный интеллект в робототехнике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки, молодёжи и спорта Украины

Сумской государственный университет

Кафедра компьютерных наук

Реферат на тему:

«ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ В РОБОТОТЕХНИКЕ»

Выполнила: студентка группы ИТ-81

Чередниченко А.В.

Проверил: проф. Лавров Е.А.

Сумы 2011

Оглавление

• 1. Искусственный интеллект в робототехнике
• 2. Интеллектуальные роботы
• 3. Виды роботов
• 4. Промышленные роботы
• 5. Военные роботы: боевые и для обеспечения безопасности
• 6. Бытовые роботы
• 7. Андроиды
• 8. Модельные задачи и соревнования для роботов
• 1. Искусственный интеллект в робототехнике
• Технологии искусственного интеллекта (ИИ) всегда были тесно связаны с робототехникой. Не случайно одним из направлений ИИ до сих пор считается целенаправленное поведение роботов (создание интеллектуальных роботов, способных автономно совершать операции по достижению целей, поставленных человеком)
• Робот - это технический комплекс, предназначенный для выполнения различных движений и некоторых интеллектуальных функций человека и обладающий необходимыми для этого исполнительными устройствами, управляющими и информационными системами, а также средствами решения вычислительно-логических задач .
• В настоящее время различают 3 поколения роботов:

· Программные. Жестко заданная программа (циклограмма).

· Адаптивные. Возможность автоматически перепрограммироваться (адаптироваться) в зависимости от обстановки. Изначально задаются лишь основы программы действий.

· Интеллектуальные. Задание вводится в общей форме, а сам робот обладает возможностью принимать решения или планировать свои действия в распознаваемой им неопределенной или сложной обстановке.

2. Интеллектуальные роботы

Общепринято мнение, что интеллектуальный робот обладает т.н. моделью внешнего мира или внутренней средой, что позволяет роботу действовать в условиях неопределенности информации .В том случае, если эта модель реализована в виде базы знаний, то целесообразно, чтобы эта база знаний была динамической. При этом коррекция правил вывода в условиях меняющейся внешней среды естественным образом реализует механизмы самообучения и адаптации. Если отойти от подобного «перечислительно-функционального» определения ИР, то останется лишь два более или менее конструктивных определения. Первое заключается в том, что интеллектуальный робот - это робот, в состав которого входит интеллектуальная система управления. Тогда достаточно только выбрать определение интеллектуальной системы (ИС). Например, определить ИС как компьютерную систему для решения задач, которые или не могут быть решены человеком в реальное время, или же их решение требует автоматизированной поддержки, или же их решение дает результаты сопоставимые по информативности с решениями человека .

Кроме того, среди прочего подразумевается, что задачи, решаемые ИС не предполагают полноты знаний, а сама ИС должна обладать способностями: к упорядочению данных и знаний с выделением существенных параметров; к обучению на основе позитивных и негативных примеров, к адаптации в соответствии с изменением множества фактов и знаний и т.д.

Другим, менее формальным, определением интеллектуальности робота может быть способность системы решать задачи, сформулированные в общем виде. Это определение является, не смотря на свою «слабость», достаточно конструктивным по крайней мере для того, чтобы определить «степень интеллектуальности» робота.

Итак, несмотря на множество предлагаемых критериев интеллектуальности, самым сильным остается по-прежнему требование, согласно которому роль человека при взаимодействии с ИР должна свестись лишь к постановке задачи.

Архитектура интеллектуальных роботов

На сегодняшний день считается, что в состав интеллектуального робота должны входить:

· Исполнительные органы - это манипуляторы, ходовая часть и др. устройства, с помощью которых робот может воздействовать на окружающие его предметы. Причем по своей структуре это сложные технические устройства, имеющие в своем составе сервоприводы, мехатронные части, датчики, системы управления. По аналогии с живыми организмами это руки и ноги робота.

· Датчики - это системы технического зрения, слуха, осязания, датчики расстояний, локаторы и др. устройства, которые позволяют получить информацию из окружающего мира.

· Система управления - это мозг робота, который должен принимать информацию от датчиков и управлять исполнительными органами. Эта часть робота обычно реализуется программными средствами.

В состав системы управления интеллектуального робота должны входить следующие компоненты:

· Модель мира - отражает состояние окружающего робот мира в терминах, удобных для хранения и обработки. Модель мира выполняет функцию запоминания состояния объектов в мире и их свойств.

· Система распознавания - сюда входят системы распознавания изображений, распознавания речи и т.п. Задачей системы распознавания является идентификация, т.е. «узнавание» окружающих робот предметов, их положения в пространстве. В результате работы компонентов системы распознавания строится модель мира.

· Система планирования действий - осуществляет «виртуальное» преобразование модели мира с целью получения какого-нибудь действия. При этом обычно проверяется достижимость поставленной цели. Результатом работы планирования действий является построение планов, т.е. последовательностей элементарных действий.

· Система выполнения действий - пытается выполнить запланированные действия, подавая команды на исполнительные устройства и контролируя при этом процесс выполнения. Если выполнение элементарного действия оказывается невозможным, то весь процесс прерывается и должно быть выполнено новое (или частично новое) планирование.

· Система управления целями - определяет иерархию, т.е. значимость и порядок достижения поставленных целей.

Важными свойствами системы управления является способность к обучению и адаптации, т.е. способность генерировать последовательности действий для поставленной цели, а также подстраивать свое поведение под изменяющиеся условия окружающей среды для достижения поставленных целей.

Технологии ИИ для интеллектуальных роботов

Нечеткая логика находит применение, в основном, на нижнем уровне для управления конкретными устройствами. Методы нечеткой логики позволяют заменить решение дифференциальных уравнений для задач управления менее ресурсоемкими логическими методами нечеткого вывода.

Нейронные сети изначально были хорошо приспособлены для задач классификации. Первая модель перцептрона решала именно эту задачу. Именно поэтому наиболее широкое применение нейронные сети находят в системах распознавания образов. Возможно применение нейронных сетей для управления манипуляторами. Ведутся попытки создания на базе однородных нейроподобных структур систем выбора действий интеллектуальных роботов.

Интеллектуальные системы являются необходимым компонентом, решающим задачи создания модели мира, системы планирования действий и управления целями. База знаний в интеллектуальных системах является одной из главных частей модели мира и функций его преобразования.

Распознавание изображений давно стало необходимой частью сложных робототехнических систем. Системы объемного зрения позволяют получить информацию об ориентации объектов в пространстве. В этой области в настоящее время происходят значительные изменения.

Распознавание и генерация речи необходимы для эффективного общения с человеком. Без этих технологий полноценное общение с человеком невозможно. В области генерации речи по тексту достигнуты значительные успехи. С распознаванием речи дела обстоят хуже, поскольку это более сложная задача.

Многоагентные системы используются для коллективного управления большим количеством роботов, способных работать как по отдельности, так и единой командой.

3. Виды роботов

Существует огромное количество различных типов роботов, предназначенных для разных целей и отличающихся друг от друга не только целями и задачами, но и самими принципами их архитектуры.

Однако можно условно разделить на разновидеости роботов

4. Промышленные роботы

Данный тип роботов находит свое применение, главным образом, на промышленных производствах и в научных лабораториях.

Чаще всего под понятием «Промышленный робот» подразумевается система автоматических управляемых при помощи специальных программ манипуляторов, которая предназначена для выполнения операций, связанных с перемещениями различных предметов.

Манипулятор промышленного робота в зависимости от его задач имеет от двух до шести степеней свободы и может перемещать грузы весом до нескольких центнеров в радиусе нескольких метров.

Чаще всего промышленные роботы используются для перемещения и сортировки различной продукции (в том числе крупногабаритных грузов), в качестве сварщиков и для покраски.

Использование данного типа роботов удобно для многих отраслей промышленного производства, поскольку позволяет добиться роста производительности труда при сохранении высокого качества продукции и дает возможность быстро приспосабливаться к изменениям объектов производства и потребительского рынка. Именно поэтому с каждым годом растет число предприятий, производственные линии которых укомплектованы роботами. В настоящее время различные фирмы ABB, STAUBLI, REIS, MOTOMAN, MITSUBISHI и другие производят промышленных роботов для манипулирования, сварки, покраски, упаковки, шлифовки, полировки и т. д. с большим спектром применения и по точности, и по характеру выполняемых операций.

Основными потребителями в области промышленной робототехники является автомобильная и электронная промышленность.

5. Военные роботы: боевые и для обеспечения безопасности

Предназначены как для военных операций (в качестве основной действующей силы), так и для помощи военнослужащим: это и роботы для переноски тяжестей (американский проект BigDog как раз и разрабатывался с надеждой на то, что робот сможет переносить снаряжение и помогать солдатам на территории, где не способен передвигаться обычный транспорт), и роботы-саперы, и активно разрабатываемые сейчас экзоскилеты.

Военные роботы - это уже не фантастика. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) является основным исследовательским центром Министерства Обороны США. На сегодня в рамках этой организации проводится очень амбициозная программа - создание армии роботов. По оценкам специалистов подготовка робото-армии, состоящей из воздушных сил и пехоты будет завершена в течение ближайших 10 лет. А к 2015 году DARPA планирует сделать одну треть транспортных средств, состоящих на вооружении США, беспилотными. Переход к полноценной робототехнической армии должен состояться к 2025 году. Благодаря внедрению роботов, из военных действий исключается самый важный фактор - присутствие на поле боя живых солдат. Используя спутниковую связь, управление такой армией можно вести из любой точки мира. Уже имеются в наличии беспилотные самолеты, легкое и среднее наземное вооружение. В ближайшем будущем будет предусмотрен и вариант с тяжелой бронетехникой нового поколения.

Российские роботы-саперы различных производителей уже сегодня применяются в ФСБ. Роботы могут подрывать заряды, вскрывать автомобили, проводить анализ содержимого подозрительных свертков. По своей структуре и функциям такие роботы представляют собой дистанционно управляемые манипуляторы с камерами наблюдения.

Роботы - охранники в настоящее время начинают широко использоваться для обеспечения безопасности. Немецкие компании Robowatch и Diehl BGT Defence разработали ASENDRO - модульного разведывательного робота, который стоит на страже безопасности большого скопления народа, вычисляя потенциальную опасность.

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) за последние годы начали применяться в США для обеспечения внутренней безопасности страны - от патрулирования границ, портов, трубопроводов и прочих стратегических объектов до наблюдения за населением.

Космические роботы проводят исследование космоса и других планет. Автоматические межпланетные станции, планетоходы для изучения поверхности планет солнечной системы являются по сути сложными роботами. Большая задержка распространения радиосигнала практически исключает телеуправление в реальном времени, поэтому планетоход должен уметь принимать решения на месте, т.е. обладать свойствами интеллектуального робота.

робот андроид программа

6. Бытовые роботы

Предназначены для помощи человеку в повседневной жизни. Сейчас бытовые роботы не слишком распространены, однако есть все основания предполагать широкое их распространение в ближайшем будущем.

На данном этапе бытовые роботы - чаще всего предназначены для развлекательных целей, но всё большую популярность набирают роботы-уборщики, по своей сути - автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

К этому типу можно отнести и роботов, которые способны заменять человека при выполнении некоторой работы: роботы-повора, манекенщики, мед сестры и санитары и тому подобное.

Роботы для дома становятся таким же атрибутом домашнего хозяйства, как телевизор или холодильник. Министр информации Южной Кореи сообщил, что в 2020-м году в каждой корейской семье обязательно будет иметься робот. По его словам, уже в конце следующего года, цена на роботов существенно снизится и составит от тысячи до двух тысяч долларов. Цена упадет благодаря тому, что Корея разрабатывает устройства, в стоимость которых не входит программное обеспечение. Роботы будут в состоянии постоянно держать связь с Интернетом и управляться мощными суперкомпьютерами, на которых и будут установлены необходимые программы.

Роботы для медицины становятся неотъемлемой частью современных клиник. Хирургическая система da Vinci компании Intuitive Surgical представляет собой прецизионный манипулятор для врачей. Она стоит чуть больше 1 млн долл. и может просверлить кость или произвести надрез. Эта система точно управляет своими движениями и «видит» трехмерное изображение, что помогает сделать хирургическую операцию гораздо менее болезненной. А это, в свою очередь, способствует скорейшему выздоровлению, облегчая и удешевляя процесс лечения. Сегодня в клиниках применяется 192 системы da Vinci.

В Японии начинают широко использовать домашних роботов для ухода за больными, а в клиниках США уже применяют машины для доставки регистрационных карт, раздачи лекарств и даже проведения хирургических операций.

7. Андроиды

Андроид - это человекоподобный робот. Именно этот тип роботов наиболее широко распространен в научной фантастике и кинематографе.

Андроиды несколько выбиваются из нашей общей классификации, поскольку могут выполнять функции как бытовых, так и военных и промышленных роботов. Но, все-таки, мы считаем что их стоит вынести в отдельный вид.

Роботы для игр и развлечений появились не так давно, но уже успели стать популярными. В 2000 году корпорация Sony создала нового поколения роботов-собак AIBO. К умению прыгать, бегать, вилять хвостиком, катать мячик и демонстрировать различные чувства - от страха до щенячьей радости, четвероногий робот добавил способность реагировать на кличку, которую присваивает ему хозяин, подавать лапу, садиться и бежать вперед. За десять лет AIBO завоевал мировую популярность и стал одним из брэндов компании SONY. К сожалению, сегодня из-за финансовых проблем разработка новых моделей AIBO прекращена, а вскоре намечено и вовсе полное прекращение производства этих роботов.

Южнокорейская компания Dasatech разработала роботизированную собаку Genibo, продажи которой планируется начать в ближайшее время. Корейский робопес умеет распознавать голосовые команды и понимает около сотни слов.

8. Модельные задачи и соревнования роботов

Для стимулирования развития разработок в области интеллектуальных роботов были предложены несколько модельных задач. Для мобильных колесных, шагающих, плавающих и летающих роботов - это задачи ориентации и навигации в пространстве. Для отработки задач группового управления, методов управления шагающих роботов международной ассоциацией RoboCup предложена задача игры в футбол.

Гонки беспилотных наземных машин IGVC ([IGVC]) являются ежегодно проводимыми соревнованиями среди студентов американских университетов с призовым фондом в несколько десятков тысяч долларов. Цели этих соревнований - создать машины, способные самостоятельно перемещаться по заданной местности (природному ландшафту), без управления с помощью человека либо другого живого организма.

8 октября 2005 года состоялись первые гонки DARPA Grand Challenge ([DARPA]), по правилам которых победитель должен быстрее всех преодолеть расстояние в 175 миль (примерно 280 км) по бездорожью менее чем за 10 часов. Соревнования проводятся между автономно управляемыми механизмами, управление человеком либо другим биологическим организмом запрещено. Призовой фонд составляет $2 млн.

Молодежный фестиваль «Мобильные роботы» ([Мобильные роботы]) проходит ежегодно с 1995 года в Институте Механики МГУ им. Ломоносова. Соревнования автономных мобильных роботов проводятся на ограниченной ровной горизонтальной площадке - полигоне. Над полигоном подвешено некоторое количество (10 - 15) «маяков», имеющих излучатели; если излучатель включен, то маяк является активным. Маяк оборудован оптическим датчиком, позволяющим автоматически фиксировать момент прохождения под ним отражающего диска робота. На полигоне нанесена также полоса-трасса, образованная отрезками прямых и дуг окружностей. В регламент соревнований входят задания по навигации роботов по маякам, отслеживанию полосы с преодолением препятствий.

Для отработки задач группового управления, методов управления шагающих роботов международной ассоциацией RoboCup ([RoboCup]) предложена задача игры в футбол. В RoboCup заявлен следующий манифест: "Через 40лет, в 2050 году, команда роботов-футболистов должна выиграть у Чемпиона мира по футболу (команды людей-футболистов)".

В свое время задача научить играть компьютер в шахматы послужило мощным толчком для развития науки. Игра в футбол является более сложной задачей, поскольку протекает в реальном времени на игровом поле с быстроменяющейся обстановкой. В настоящее время предложен ряд различных схем организации соревнований роботов-футболистов, например схемы соревнований Ассоциации RoboCup, или схемы, принятые в Международной Федерации FIRA ([Fira]). Одним из видов соревнований является виртуальный футбол, когда на компьютере моделируется игровая среда, движение мяча и действия игроков. Виртуальный футбол является хорошим полигоном для отработки задач коллективного поведения и использования многоагентных систем.

Для популяризации робототехники во многих странах ежегодно проводятся национальные чемпионаты по боям роботов. Для участия в этих соревнованиях создаются радиоуправляемые или автономные роботы. С середины 1990-х американская компания BattleBots Inc проводит соревнования, собирающие на своих площадках более тысячи участников и десятки тысяч зрителей. Чемпионаты транслируются по телевидению и в Интернете. Eurobot - крупнейшие ежегодные соревнования роботов в Европе. Каждый год в них принимают участие сотни команд. Соревнования роботов по борьбе сумо проходят в Японии и США. Считается, что подобные соревнования позволяют превратить изучение сложной техники в увлекательную игру.

Способности роботов быстро развиваются. Согласно исследованиям, 1.5-кг мозг человека может выполнять около 100 трлн операций в секунду -- почти втрое больше, чем самый мощный в мире компьютер Earth Simulator. Развиваясь по закону Мура, машины могут достичь такой обрабатывающей мощности. Однако, чтобы быть достаточно полезным, роботу не нужны все возможности человеческого мозга. Умственных способностей рыбки гуппи примерно в 1000 млн операций в секунду вполне достаточно, чтобы мобильные бытовые роботы могли уверенно ориентироваться в незнакомом окружении. Даже лишенные человеческого разума, роботы-андроиды займут часть рынка. Sony, Honda и некоторые другие японские компании предлагают роботов-компаньонов.

О масштабах происходящих перемен дают данные об объемах продаж. По подсчетам экспертов, объем рынка "бытовых роботов" в Японии в прошлом году составил 390 млрд. иен ($3,2 млрд.), а к 2025 году достигнет годового объема в 8 трлн. иен ($70 млрд.).

В этом году рынок персональных и мобильных роботов должен вырасти до 9,4 млрд долл. и стать крупнее рынка промышленных стационарных роботов, утверждает Дэн Кара, президент фирмы Robotics Trends, которая организует конференции и пропагандирует отрасль. К 2012 году, по словам Кара, эта цифра приблизится к 17 млрд долл. Пусть некоторые считают эти оценки слишком оптимистичными, но у Кара есть наглядные свидетельства наступления лихорадки роботизации. В прошлом году выставка Robodex в Японии собрала около 68 тыс. посетителей, да и объемы продаж Roomba и da Vinci говорят сами за себя.

Список литературы

1. http://www.prorobot.ru/gallery/index.php?page=6

2. http://machine-intelligence.ru/robots-types/

3. http://robomaniac.com.ua/news/Industrial

Размещено на Allbest.ru