人工智能导论课件第9章第2-3节

天中午，它会张开喙，伸出舌头，拍打翅膀，展开羽毛，抬起头并啼鸣3次。 这只公鸡一直服务到1789年。 • 在20世纪，人们建造了许多成功的机器人系统。20世纪80年代，在工厂和工业 环境中，机器人开始变得司空见惯。
9.3.1 机器人的发展
• 控制论领域被视为人工智能的早期先驱，是在生物和人造系统中对通信和控制 过程进行研究和比较。麻省理工学院的诺伯特·维纳为定义这个领域做出了贡献， 并进行了开创性的研究。这个领域将来自神经科学和生物学与来自工程学的理 论和原理结合起来，目的是在动物和机器中找到共同的属性和原理。马特里指 出：“控制论的一个关键概念侧重于机械或有机体与环境之间的耦合、结合和 相互作用。”我们将会看到这种相互作用相当复杂。她将机器人定义为：“存 在于物质世界中的自治系统，可以感知其环境，并可以采取行动，实现一些目 标”。
• 思维机器（Thinking Machine），或者说是会思维的机器。现在的计算机是一 种不会思维的机器。但是，现有的计算机可以在人脑的指挥和控制下，辅助人 脑进行思维活动和脑力劳动，如：医疗诊断、化学分析、知识推理、定理证明、 产品设计……实现某些脑力劳动自动化或半自动化。从这种观点也可以说，目 前的计算机具有某些思维能力，只不过现有电脑的智能水平还不高。所以，需 要研究更聪明的、思维能力更强的智能电脑或脑模型。
• 智能机器（Intelligent Machine, IM），研究如何设计和制造具有更高智能水平 的机器。特别是，设计和制造更聪明的计算机？
9.2.2 机器思维与思维机器
• 机器思维（Machine Thinking），具体地说是计算机思维（Computer Thinking），如专家系统、机器学习、计算机下棋、计算机作曲、计算机绘画、 计算机辅助设计、计算机证明定理、计算机自动编程等。
9.3.1 机器人的发展
• 有了这些简单的组件和其他几个组件，沃尔特的“能够思维的机器”能够表现 出如下的行为：找光；朝着光前进；远离明亮的光；转动和前进以避免障碍； 给电池充电。
9.3.2 机器人的定义与“三原则”
• 国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说，人们都可以接受这种说 法，即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 准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“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。”
第2节
1
机器智能与智能机器
2
机器思维与思维机器
3
机器行为与行为机器
9.2 机器感知
• 机器感知（Machine Perception或Machine Cognition）是指能够使用传感器所 输入的资料（如照相机、麦克风、声纳以及其他的特殊传感器）然后推断世界 的状态。计算机视觉能够分析影像输入，另外还有语音识别 、人脸辨识和物体 辨识。
9.3.2 机器人的定义与“三原则”
• 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 （Isaac.Asimov）在小说《The Caves of Steel（钢洞）》中提出了“机器人三 原则”： – 一、机器人不得伤害人类，不得看到人类受到伤害而袖手旁观。 – 二、机器人必须服从人类给予的命令，除非这种命令与第一定律相冲突。 – 三、只要与第一或第二定律没有冲突，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。
9.3.3 机器人的分类
• 自机器人诞生之日起，人们就不断地尝试着说明到底什么是机器人。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，机器人专家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。在特种机器人 中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、 军用机器人、微操作机器人等（见图9-7）。
第3节
1
机器人的发展
2
机器人的定义与“三原则”
3
机器人的分类
9.3 机器人的概念
• 1921年，捷克剧作家卡雷尔·恰佩克在其名为《R. U. R.》的戏剧中，第一次引 入了“机器人（robot）”这个词，捷克语中“机器人”意指劳动或工作。如今， 机器人已经是“自动执行工作的机器装置”，它是高级 整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。 在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重 要用途。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排 的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行 动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产 业、建筑业或是危险的工作。
• 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，所不同的是这 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”。
9.3.2 机器人的定义与“三原则”
• 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。
• 机器人学的研究推动了许多人工智能思想的发展，有一些技术可在人工智能研 究中用来建立世界状态的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。此外，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。可以看出这是一个设计精密 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，这 一研究有利于促进各学科的相互结合，并大大推动人工智能技术的发展。
9.2 机器感知
• 如果智能机器感知技术将来能够得到正确运用，智能交通详细数据采集系统的 研发，科学系统的分析、改造现有的交通管理体系，对缓解城市交通难题有极 大帮助。利用逼真的三维数字模型展示人口密集的商业区、重要文物古迹旅游 点等，以不同的观测视角，为安全设施的位置部署，提早预防和对突发事件的 及时处理等情况，为维系社会公共安全提供保障。
9.2.2 机器思维与思维机器
• 感知机器（Perceptible Machine）或认知机器（Recognizing Machine），研制 具有人工感知或人工认知能力的机器。包括：视觉机器、听觉机器、触觉机 器……如：文字识别机、感知机、认知机、工程感觉装置、智能仪表等。
9.2.3 机器行为与行为机器
图9-5 机器感知
9.2 机器感知
• 机器感知是一连串复杂程序所组成的大规模信息处理系统，信息通常由很多常 规传感器采集，经过这些程序的处理后，会得到一些非基本感官能得到的结果。
• 机器感知或机器认知（Machine Recognition）研究如何用机器或计算机模拟、 延伸和扩展人的感知或认知能力，包括：机器视觉、机器听觉、机器触觉…… 如：计算机视觉、模式（文字、图像、声音等）、识别、自然语言理解……都 是人工智能领域的重要研究内容，也是在机器感知或机器认知方面高智能水平 的计算机应用。
9.2.3 机器行为与行为机器
• 行为机器（Behavioral Machine）指具有人工智能行为的机器，或者说，能模 拟、延伸与扩展人的智能行为的机器。例如：智能机械手、机器人、操作机； 自然语言生成器；智能控制器，如专家控制器、神经控制器、模糊控制器…… 这些智能机器或智能控制器，具有类似于人的智能行为的某些特性，如自适应、 自学习、自组织、自协调、自寻优……因而，能够适应工作环境的条件的变化， 通过学习改进性能，根据需求改变结构，相互配合、协同工作，自行寻找最优 工作状态。
人工智能导论
Introduction to artificial intelligence
9.3.3 机器人的分类
排爆机器人
图9-7 机器人
机器狗
9.3.3 机器人的分类
• 随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向 人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各式各样的 具有感知、决策、行动和交互能力的特种机器人和各种智能机器，如移动机器 人、微机器人、水下机器人、医疗机器人、军用机器人、空中空间机器人、娱 乐机器人等。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备 的重要区别。这些机器人从外观上已远远脱离了最初仿人型机器人和工业机器 人所具有的形状，更加符合各种不同应用领域的特殊要求，其功能和智能程度 也大大增强，从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。
• 机器行为（Machine Behavior）或计算机行为（Computer Behavior）研究如何 用机器去模拟、延伸、扩展人的智能行为，如：自然语言生成用计算机等模拟 人说话的行为；机器人行动规划模拟人的动作行为；倒立摆智能控制模拟杂技 演员的平衡控制行为；机器人的协调控制模拟人的运动协调控制行为；工业窑 炉的智能模糊控制模拟窑炉工人的生产控制操作行为；轧钢机的神经网络控制 模拟操作工人对轧钢机的控制行为……
9.3 机器人的概念
• 随着工业自动化和计算机技术的发展，机器人开始进入大量生产和实际应用阶 段。尔后由于自动装备海洋开发空间探索等实际问题的需要，对机器人的智能 水平提出了更高的要求。特别是危险环境，人们难以胜任的场合更迫切需要机 器人，从而推动了智能机器人的研究。
9.3.1 机器人的发展
• 机器人的发展历史要比人们想象的更丰富、更悠久。 • 也许第一个被人们接受的机械代表作是1574年制造的斯特拉斯堡铸铁公鸡。每
9.3.1 机器人的发展
• 1949年，为了模仿自然生命，英国科学家格雷·沃尔特设计制作了一对名叫 Elmer和Elise的机器人，因为他们的外形和移动速度都类似自然界的爬行龟， 也称为机器龟。这是公认最早的真正意义上的移动式机器人。