 |
История создания интеллектуальных роботов.
|
|
|
|
Введение
Люди всегда стремились улучшить свою жизнь и увеличить свои возможности. Поэтому люди мечтали изобрести различные инструменты, механизмы, машины с целью облегчения своего труда, повышения качества и производительности. Причем данные мечты появились задолго до того, как общество получило первые представления о точных науках.
Робототехника представляет собой естественное логическое продолжение техники как явления. Сейчас роботы постепенно вытесняют человека из многих сфер его деятельности, предоставляя взамен все новые возможности для приложения усилий: просмотр кинофильмов, подводные погружения, компьютерные игры и т.д. Эволюция представлений о путях развития робототехники, ее целях и задачах весьма схожа с тем, что наблюдается с такой областью, как искусственный интеллект. Декларируемые общие принципы и, как казалось, понимание путей достижения некой глобальной цели исследования сменилось узкой специализацией, множеством частных, зачастую не связанных между собою подцелей и направлений.
Объясняется это тем, что поставленные изначально задачи оказались значительно более сложными, требующими создания совершенно иных моделей, методов и технологий, и прежде всего – технологий искусственного интеллекта.
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:
|
|
|
ü Программные. Жестко заданная программа (циклограмма).
ü Адаптивные. Возможность автоматически перепрограммироваться (адаптироваться) в зависимости от обстановки. Изначально задаются лишь основы программы действий.
ü Интеллектуальные. Задание вводится в общей форме, а сам робот обладает возможностью принимать решения или планировать свои действия в распознаваемой им неопределенной или сложной обстановке.
История создания интеллектуальных роботов.
В 1948 году английский нейрофизиолог У. Росс Эшби разработал электромагнитное устройство, моделирующее свойство гомеостазиса и назвал его «гомеостатом». Это устройство, не делает ничего, кроме непрерывного движения к равновесию. Гомеостат Эшби имеет большое количество различных состояний, часть из которых статически устойчива, а часть неустойчива. Если система находится в неустойчивом состоянии, происходит переключение. Переключения происходят до тех пор, пока система не найдет одно из устойчивых состояний вблизи среднего положения. Целеустремленное поведение гомеостата, при котором он находит устойчивое состояние при самых различных возмущениях, Эшби и назвал свойством ультраустойчивости.
Наибольшую известность приобрели три “черепашки”, созданные английским биофизиком и нейрофизиологом Г. Уолтером в 1950 – 1951 гг. Эти устройства представляют собой самодвижущиеся электромеханические игрушки, способные ползти на свет или от него, обходить препятствия, заходить в “кормушку” для подзарядки разрядившихся аккумуляторов и тому подобное. Несмотря на очень простое устройство и аналоговую систему управления, “черепашки” демонстрируют свойства обучения.Возникновение интеллекта у роботов связано с развитием ЭВМ
|
|
|
Робот “Шейки” был создан в 1969 году в Стенфордском исследовательском институте (США) и назывался тогда интегральным роботом или мобильным автоматом с использованием принципов искусственного интеллекта.
Робот был создан для изучения процессов управления в сложной окружающей среде в реальном масштабе времени. Все функции, которые должен выполнять робот, можно разделить на три класса: решение задачи, восприятие, моделирование. Система управления робота, осуществляющая решение задач, использует записанную в модели информацию для планирования и расчёта последовательности действий. По мере изменения внешней среды активными действиями самого робота или по другим причинам модель должна преобразоваться с целью запоминания этих изменений. Кроме того, в модель должна добавляться новая, текущая информация о внешней среде, которую робот приобретает в процессе её познания.
В 1969 г. в Электротехнической лаборатории (Япония) началась разработка проекта "промышленный интеллектуальный робот". Цель этой разработки — создание очуствленного манипуляционного робота с элементами искусственного интеллекта для выполнения сборочно-монтажных работ с визуальным контролем. Манипулятор робота имеет шесть степеней свободы и управляется мини-ЭВМ NEAC-3100 (объем оперативной памяти 32000 слов, объем внешней памяти на магнитных дисках 273000 слов), формирующей требуемое программное движение, которое отрабатывается следящей электрогидравлической системой. Схват манипулятора оснащен тактильными датчиками. В качестве системы зрительного восприятия используются две телевизионные камеры, снабженные красно-зелено-синими фильтрами для распознавания цвета предметов. Поле зрения телевизионной камеры разбито на 64*64 ячеек. В результате обработки полученной информации грубо определяется область, занимаемая интересующим робота предметом. Далее, с целью детального изучения этого предмета выявленная область вновь делится на 4096 ячеек. В том случае, когда предмет не помещается в выбранное "окошко ", оно автоматически перемещается, подобно тому, как человек скользит взглядом по предмету. Робот Электротехнической лаборатории был способен распознавать простые предметы, ограниченные плоскостями и цилиндрическими поверхностями при специальном освещении.
|
|
|
В 1972-1975 годах в Киевском Институте кибернетики под руководством Н. М. Амосова и В. М. Глушкова был создан макет транспортного автономного интегрального робота (ТАИР). Робот демонстрировал целенаправленное движение в естественной среде, обход препятствий и т.п. Конструктивно ТАИР представлял собой трехколесную самоходную тележку, снабженную системой датчиков: оптическим дальномером, навигационной системой с двумя радиомаяками и компасом, контактными датчиками, датчиками углов наклона тележки, таймером и др. Особенностью, которая отличает ТАИР от многих других систем, созданных в СССР и за рубежом, является отсутствие в его составе компьютера в том виде, к которому мы привыкли. Основу системы управления составляет аппаратно реализованная нейронная сеть (узлы сети - специальные электронные схемы, собранные на транзисторах, связи между узлами - резисторы), на которой реализуются различные алгоритмы обработки сенсорной информации, планирования поведения и управления движением робота.
Планетоходы являлись важнейшим этапом в создании космических роботов. В период до 1989 года человечеству было известно три модели планетоходов. Это советские самоходные исследовательские аппараты “Луноход-1”, “Луноход-2” и американские типа LRV. Они являются выдающимися образцами инженерного творчества. Опыт их создания и эксплуатации на Луне дал богатый материал по принципам проектирования, изготовления многих элементов конструкции и управления.
Основные дефиниции
Механизм – это непосредственное использование материалов для обеспечения некоторой механической функции; при этом все основано на взаимном сцеплении и сопротивлении тел.
Робот – понятие неопределенное, к которому можно отнести любой вид машины; термин обычно используется для художественного эффекта или означает, что в машине используются определенные манипуляторные механизмы, позволяющие машине манипулировать (управлять) предметами. Важным свойством роботов является определенная степень автономности.
|
|
|
Робототехника — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем. Робототехника опирается на такие дисциплины как электроника, механика, программирование. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику.
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.
|
|
|
