Artificial Intelligence 简明教程

Artificial Intelligence - Robotics

机器人技术是人工智能的一个领域，它涉及创建智能和高效机器人。

What are Robots?

机器人是在真实世界环境中工作的代理。

Objective

机器人的目的是通过感知、拾取、移动、修改对象的物理属性、销毁对象或产生影响，从而操纵对象，从而使人力自由执行重复功能，而不会感到厌烦、分心或疲惫。

What is Robotics?

机器人技术是人工智能的一个分支，由电气工程学、机械工程学和计算机科学组成，用于设计、构建和应用机器人。

Aspects of Robotics

  1. 机器人具有旨在完成特定任务的 mechanical construction ，形式或形状。

  2. 它们具有为机器提供动力和控制的 electrical components 。

  3. 它们包含一定级别的 computer program ，它决定了机器人做什么、何时以及如何做。

Difference in Robot System and Other AI Program

以下是两者的区别−

AI Programs

Robots

它们通常在计算机模拟的世界中运作。

它们在真实的物理世界中运作

人工智能程序的输入是以符号和规则的形式进行的。

机器人输入是以语音波形或图像形式的模拟信号

它们需要通用计算机来进行操作。

它们需要带有传感器和执行器的特殊硬件。

Robot Locomotion

运动是使机器人能够在其环境中移动的机制。有许多不同类型的运动 −

  1. Legged

  2. Wheeled

  3. 有腿和有轮运动的结合

  4. Tracked slip/skid

Legged Locomotion

  1. 在走、跳、慢跑、跳跃、爬升或下降等演示中，这种类型的运动会消耗更多电力。

  2. 它需要更多的电机来完成运动。它适用于粗糙和光滑的地形，在不规则或过光滑的表面上，轮式运动会消耗更多电力。由于稳定性问题，其实施起来有点困难。

  3. 它有各种一、二、四和六条腿。如果一个机器人有多条腿，那么腿部的协调对于运动是必要的。

机器人可以行走的总 gaits （每个总腿部抬起和释放事件的周期性序列）的数量取决于其腿部的数量。

如果一个机器人有 k 条腿，那么可能的事件数为 N = (2k-1)！。

在两足机器人的情况下（k=2），可能的事件数为 N = (2k-1)！ = (2*2-1)！ = 3！ = 6。

因此，有六个可能的不同事件 −

  1. Lifting the Left leg

  2. Releasing the Left leg

  3. Lifting the Right leg

  4. Releasing the Right leg

  5. 同时抬起两条腿

  6. 同时释放两条腿

在 k=6 条腿的情况下，有 39916800 个可能的事件。因此机器人的复杂度与腿数成正比。

bipedal robot

Wheeled Locomotion

它需要较少的电机来完成运动。它很容易实现，因为在轮子较多的情况下，稳定性问题较少。与腿部运动相比，它具有节能性。

  1. Standard wheel − 在车轮轴和接触点周围旋转

  2. Castor wheel − 在车轮轴和偏置转向接头周围旋转。

  3. Swedish 45o and Swedish 90o wheels − 全向轮，围绕接触点、车轮轴和滚轮旋转。

  4. Ball or spherical wheel − 全方位车轮，技术上难以实现。

wheeled robot

Slip/Skid Locomotion

在这种类型中，车辆使用履带，就像坦克一样。通过以相同或相反的方向以不同的速度移动履带来操纵机器人。由于履带和地面之间的接触面积大，因此提供了稳定性。

tracked robot

Components of a Robot

机器人的构建需要以下方面：

  1. Power Supply - 机器人由电池、太阳能、液压或气动电源供电。

  2. Actuators − 它们将能量转化为运动。

  3. Electric motors (AC/DC) − 它们需要旋转运动。

  4. Pneumatic Air Muscles − 当空气被吸入时，它们会收缩近 40%。

  5. Muscle Wires − 当电流通过它们时，它们会收缩 5%。

  6. Piezo Motors and Ultrasonic Motors − 最适合工业机器人。

  7. Sensors − 它们提供了任务环境的实时信息知识。机器人配备了视觉传感器，用于计算环境中的深度。触觉传感器模仿人手指尖的触觉感受器的机械特性。

Computer Vision

这是一项人工智能技术，机器人可以借此“看见”。计算机视觉在安全、安保、健康、访问和娱乐领域发挥着至关重要的作用。

计算机视觉从单幅图像或图像阵列中自动提取、分析和理解有用的信息。此过程涉及开发算法以实现自动视觉理解。

Hardware of Computer Vision System

这涉及：

  1. Power supply

  2. 诸如摄像头之类的图像采集设备

  3. A processor

  4. A software

  5. 用于监控系统的显示设备

  6. 诸如相机支架、电缆和连接器之类的附件

Tasks of Computer Vision

  1. OCR − 在计算机领域，光学字符识别器是一种软件，用于将扫描文档转换为可编辑文本，与扫描仪配合使用。

  2. Face Detection − 许多最先进的摄像头都具有此功能，可读取人脸并拍摄出完美的表情照片。它用于允许用户在正确匹配时访问软件。

  3. Object Recognition − 它们被安装在超市、照相机、宝马、通用汽车和沃尔沃等高端汽车上。

  4. Estimating Position − 它正在估算物体相对于照相机的方位，就像人体中肿瘤方位。

Application Domains of Computer Vision

  1. Agriculture

  2. Autonomous vehicles

  3. Biometrics

  4. Character recognition

  5. Forensics, security, and surveillance

  6. Industrial quality inspection

  7. Face recognition

  8. Gesture analysis

  9. Geoscience

  10. Medical imagery

  11. Pollution monitoring

  12. Process control

  13. Remote sensing

  14. Robotics

  15. Transport

Applications of Robotics

机器人一直在以下领域发挥关键作用：

  1. Industries − 机器人用于搬运材料、切割、焊接、彩色涂层、钻孔、抛光等。

  2. Military − 在战争期间，自主机器人可以到达无法接近和危险的区域。由国防研究与发展组织 (DRDO) 开发的 Daksh 机器人在安全摧毁威胁生命的物体方面发挥着作用。

  3. Medicine − 机器人能够同时执行数以百计的临床测试、康复永久性残疾人士，以及执行开颅肿瘤切除术等复杂手术。

  4. Exploration − 用于太空探索的机器人攀岩者和用于海洋探索的水下无人机仅举几例。

  5. Entertainment − 迪士尼的工程师们已经为电影制作创造了数百个机器人。