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机器人程序设计语言


即为把初始状态变为目标状态的一个操作序列。 运动规划子
系统首先将任务规划的结果变成一个无碰撞的操作器运动路径, 这一步称为路径规划;然后再将路径变为操作器各关节的空间 坐标, 形成运动轨迹, 这一步称为轨迹规划。
第 15 章 智 能 机 器 人 任务规划需要解决三个基本技术问题:问题或状态的表示、 搜索策略和子目标冲突问题。经过多年的探索 , 现在 , 至少已
的智能水平。
第 15 章 智 能 机 器 人 机器人规划的基本任务是:在一个特定的工作区域中自动 地生成从初始状态到目标状态的动作序列、运动路径和轨迹的
控制程序。规划系统可分为两级:任务规划子系统和运动规划
子系统。 任务规划子系统根据任务命令,自动生成相应的机器 人执行程序, 如将任务理解为工作区的状态变化,则它生成的
二阶段的机器人具有对外界信息的反馈能力, 即有了感觉, 如
力觉、触觉、视觉等;第三阶段, 即所谓“智能机器人”阶段, 这一阶段的机器人已经具有了自主性 ,有自行学习、推理、决 策、 规划等能力。 这也正符合 Agent 的条件 , 所以 , 现在把 智能机器人也作为一种Agent。
第 15 章 智 能 机 器 人 智能机器人至少应具备四种机能:感知机能 ——获取外部 环境信息以便进行自我行动监视的机能;运动机能 —— 施加于
(1) 算法固有的并行性可用并行硬件来实现 ,对于有较多 障碍物、有较多路径点以及物体上有较多测试点的情况,可达 到实时应用的程度。
(2) 算法的并行性使得所规划的路径可以达到任意高的精 度而不增加计算时间。
第 15 章 智 能 机 器 人
15.4 机 器 人 控 制
机器人控制即运动控制, 包括位置控制和力控制。位置控 制就是对于运动规划给出的运动轨迹,控制机器人的肢体(如机 械手 ) 产生相应的动作。力控制则是对机器人的肢体所发出的 作用力 (如机械手的握力和推力 ) 大小的控制。 运动控制涉及 机器人的运动学和动力学特性 , 所以 ,运动控制研究需要许多 运动学和动力学知识。总的来说 , 机器人运动控制比较困难 , 主要原因在于要求的运动轨迹是在直角坐标空间中给定的 , 而 实际的运动却是通过安装在关节上的驱动部件来实现的。因而 需要将机械手末端在直角坐标空间的运动变换到关节的运动 , 也就是需要进行逆运动学的计算。这个计算取决于机器人的手 臂参数以及所使用的算法。我们知道,具有四肢的动物(包括人 类 ), 运动时会很自然地完成从目标空间到驱动器 ( 肌肉 )的转 换。这个转换能力一方面是先天遗传的, 另一方面也是通过后 天学习不断完善的。
外部环境的相当于人的手、脚的动作机能;思维机能 ——求解
问题的认识、推理、判断机能;人-机通信机能——理解指示命 令、 输出内部状态, 与人进行信息交换的机能。
第 15 章 智 能 机 器 人
15.2 机 器 人 感 知
机器人的感知包括对外界和对自身的感知。感知机能是 靠传感器来实现的。因而,机器人传感器可分为内部传感器和 外部传感器两大类。内部传感器用来感知机器人的内部状态 信息,包括关节位置、速度、加速度、姿态和方位等。常见的 内部传感器有轴角编码器、加速度计、陀螺系统等。外部传
第 15 章 智 能 机 器 人 近年来, 随着计算智能技术的飞速发展, 人们也把神经网 络技术引入了机器人规划。例如, 利用一种并列连接的神经网 络可以实时地进行无碰撞路径规划。 该网络对一系列的路径 点进行规划, 其目标使得整个路径的长度尽量短, 同时又要尽 可能远离障碍物。从数学的观点看, 它等效于一个代价函数, 该代价函数为路径长度和碰撞次数的函数。这种方法的优点是:
是从整体上理解一个给定的三维景物 ,为此 , 图像处理、模式
识别、知识工程和三维视觉等技术特别是智能技术在机器人 视觉的研制中得到了应用。
Hale Waihona Puke 第 15 章 智 能 机 器 人
15.3 机 器 人 规 划
机器人规划也称机器人问题求解。感知能力使机器人能够 感知对象和环境, 但要解决问题,即产生适应对象和环境的动 作, 还要依靠规划功能。规划就是拟定行动步骤。 实际上它 就是一种问题求解技术 , 即从某个特定问题的初始状态出发 , 寻找或构造一系列操作 (也称算子)步骤,达到解决问题的目标 状态。例如, 给定工件装配任务, 机器人按照什么步骤去操作 每个工件?在杂乱的环境下,机器人如何寻求避免与障碍碰撞 的路径, 去接近某个目标?规划功能的强弱反映了智能机器人
第 15 章 智 能 机 器 人
第 15 章 智 能 机 器 人
15.1 智能机器人的概念
15.2 机器人感知
15.3 机器人规划
15.4 机器人控制
15.5 机器人系统的软件结构 15.6 机器人程序设计与语言 习题十五
第 15 章 智 能 机 器 人
15.1 智能机器人的概念
一般将机器人的发展分为三个阶段。第一阶段的机器人只 有“手”, 以固定程序工作, 不具有外界信息的反馈能力;第
提出了四种有关任务规划问题的方法 , 这就是非层次规划、
层次规划、估价式规划和机遇式规划。 路径规划一般分解为寻空间和寻路径两个子问题。寻空间 是指在某个指定的区域R中,确定物体A的安全位置,使它不与区 域中的其他物体相碰撞。寻路径是指在某个指定的区域 R 中 , 确定物体 A 从初始位置移动到目标位置的安全路径 , 使得移动 过程不会发生与其他物体的碰撞。路径规划的方法有假设-测试 法、 罚函数法、 位姿空间法、 旋转映射图法等。
感器用来感知机器人外部环境信息,它又分为接触型和非接触
型两种。前者有触觉、压觉、力觉、滑觉、热觉等 , 后者有 视觉、听觉、接近觉、距离觉等。
第 15 章 智 能 机 器 人
机器人传感器直接模仿人或生物的感觉器官。如根据人
和昆虫眼睛的成像原理研制的视觉传感器,它能感受物体的形 状、特征、颜色、位置、距离和运动等。还有听觉传感器、 触觉传感器、 味觉传感器等也是用相应的仿生原理制作的。 立体摄像机和激光测距仪是机器人获得三维视觉的两类实用 传感器。 在机器人感知研究中 , 视觉方面的成果最为突出 , 机器人 视觉已经成为一门新兴的独立学科。机器人视觉的主要目的
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