人工智能与机器人.doc

人工智能与机器人
——课堂作业
摘要：研究机器人的现状应用、存在问题、实现技术以及好处
关键词：人工智能，机器人，技术，进展
中图分类号：TP242.6
Intelligent robot
Abstract:Status of the application of robots,problem,and achieve the benefits of technology
Key word：Artificial Intelligence，Robot，Technology，Progress

随着科学技术的不断发展，人类运用机械学、计算机、生物学、电力学等技术研究出了机器人。现在的大部分机器人，虽然具备一定程度的人工智能，却仍然不能摆脱固定行为模式，以及无法自主学习来达到与时俱进的目的。而未来研究的机器人将以更高程度的人工智能为核心，是具有感知、思维和行动的智能机器人，它可以获取、处理和识别多种信息，自主完成较复杂的操作任务。
一、 人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）与机器人（Robot，简称RB）
人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的学科，主要包括计算机实现智能的原理、制造类似于人脑智能的计算机，使计算机能实现更高层次的应用。
机器人是自动执行工作的机器装置。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。Robot，原意是用人手制造的工人。该词源于捷克作家卡列尔·查培于1920年创作的一部名叫《洛桑万能机器人公司》的幻想剧中。
二、 现状及应用
随着机器人技术的发展，机器人智能程度不断提高，机器人在应用的方面越来越重要而且广泛。
1.仿人机器人 模仿人的形态和行为而设计制造的机器人。仿人型机器人集机、电、材料、计算机、传感器、控制技术等多门学科于一体，是一个国家高科技实力和发展水平的重要标志。仿人机器人具有人类的外观，可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，并可以在很多方面扩展人类的能力，在服务，医疗，教育，娱乐等多个领域得到广泛应用。仿人机器人要能够理解，适应环境，精确灵活地进行作业，高性能传感器的开发必不可少。传感器是机器人获得智能的重要手段，如何组合传感器摄取的信息，并有效地加以运用，是基于传感器控制的基础，也是实现机器人自治的先决条件。仿人机器人研究在很多方面已经取得了突破，如关键机械单元，基本行走能力，整体运动，动态视觉等，但是离我们理想中的要求还相去甚远，还需要在仿人机器人的思维和学习能力，与环境的交互，躯体结构和四肢运动，体系结构等方面进行更进一步的研究。
2.军用机器人 是一种用于军事领域的具有某种仿人功能的自动机。军用机器人分为地面军用机器人、无人机、水下军用机器人（有人机器人和无人机器人）等。用于直接进行战斗任务，代替一线作战的士兵，减少了人员伤亡。用于侦察和观察任务，还用于工程保障、指挥控制等。研究出的机型多种多样，有固定防御机器人、奥戴提克斯I型步行机器人、阿尔威反坦克机器人、榴炮机器人、飞行助手机器人、海军战略家机器人等。
3.水下机器人和空间机器人 无人遥控潜水器，也称水下机器人。一种工作于水下的极限作业机器人，能潜入水中代替人完成某些操作，又称潜水器。水下环境恶劣危险，人的潜水深度有限，所以水下机器人已成为开发海洋的重要工具。 无人遥控潜水器主要有，有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种，其中有缆避控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。　空间机器人是用于空间探测活动的特种机器人，它是一种低价位的轻型遥控机器人，可在行星的大气环境中导航及飞行。空间机器人是在空间环境中活动的，空间环境和地面环境差别很大，空间机器人工作在微重力，高真空，超低温，强辐射，照明差的环境中，因此，空间机器人与地面机器人的要求也必然不相同，有它自身的特点。
4.服务机器人 服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义。不同国家对服务机器人的认识不同。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有意于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。这里，我们把其它一些贴近人们生活的机器人也列入其中。主要类型：护士助手、脑外科机器人、口腔修复机器人、进入血管的机器人、智能轮椅、爬缆索机器人、高楼擦窗和壁面清洗机器人等等。
5.微型机器人 这种微型机器人只有苍蝇般大小，可以像昆虫那样成群活动，并在监管、微型制造以及医药等方面进行数据收集。这些机器人尽管只有不到4平方毫米大，却装有移动、通讯、收集数据所需的所有设备，它们甚至能通过太阳能电池板来产生自身活动所需的能量。
虽然划分了多种多样的类型，但其实机器人是相互交互的，许多功能都重叠在一起。
三、 发展历史
古代机器人 在距今3000多年前，古人就提出了机器人的设想，而随着科技的发展，及几十年里机器人开发技术才逐渐发展。
第一代（程序控制）机器人：这种机器人一般是按以下二种方式“学会”工作的；一种是由设计师预先按工作流程编写好程序存贮在机器人的内部存储器，在程序控制下工作。另一种是被称为“示教—再现”方式，这种方式是在机器人第一次执行任务之前，由技术人员引导机器人操作，机器人将整个操作过程一步一步地记录下来，每一步操作都表示为指令。示教结束后，机器人按指令顺序完成工作（即再现）。如任务或环境有了改变，要重新进行程序设计。
第二代（自适应）机器人：这种机器人配备有相应的感觉传感器（如视觉、听觉、触觉传感器等），能取得作业环境、操作对象等简单的信息，并由机器人体内的计算机进行分析、处理，控制机器人的动作。虽然第二代机器人具有一些初级的智能，但还需要技术人员协调工作。目前已经有了一些商品化的产品。
第三代（智能）机器人：智能机器人具有类似于人的智能，它装备了高灵敏度的传感器，因而具有超过一般人的视觉、听觉、嗅觉、触觉的能力，能对感知的信息进行分析，控制自己的行为，处理环境发生的变化，完成交给的各种复杂、困难的任务。而且有自我学习、归纳、总结、提高已掌握知识的能力。目前研制的智能机器人大都只具有部分的智能，和真正的意义上的智能机器人，还差得很远。
智能机器人作为新一代生产和服务工具，在制造领域和非制造领域具有更广泛、更重要的地位。一些“激进”的科学家们认为，在不远的将来，智能机器人将同计算机和网络一样，成为人们工作生活中不可缺少的重要组成部分，这不仅会革命性地改变着人们生活方式，而且许多传统的行业也会因它而重新进行定位。
四、 存在问题
1.劳务就业问题
由于人工智能能够代替人类进行各种脑力劳动，将会使一部分人不得不改变他们的工种，甚至造成失业。人工智能在科技和工程中的应用，会使一些人失去介入信息处理活动(如规划、诊断、理解和决策等)的机会，甚至不得不改变自己的工作方式。
2.社会结构变化
人们一方面希望人工智能和智能机器能够代替人类从事各种劳动，另一方面又担心它们的发展会引起新的社会问题。实际上，近十多年来，社会结构正在发生一种静悄悄的变化。"人-机器"的社会结构，终将为"人-智能机器-机器"的社会结构所取代。智能机器人就是智能机器之一。现在和将来的很多本来是由人承担的工作将由机器人来担任，因此，人们将不得不学会与有智能的机器相处，并适应这种变化了的社会结构。
3.思维方式与观念的变化
人工智能的发展与推广应用，将影响到人类的思维方式和传统观念，并使它们发生改变。例如，传统知识一般印在书本报刊或杂志上，因而是固定不变的，而人工智能系统的知识库的知识却是可以不断修改、扩充和更新的。又如，一旦专家系统的用户开始相信系统(智能机器)的判断和决定，那么他们就可能不愿多动脑筋，变得懒惰，并失去对许多问题及其求解任务的责任感和敏感性。那些过分依赖计算器的学生，他们的主动思维能力和计算能力也会明显下降。过分地依赖计算机的建议而不加分析地接受，将会使智能机器用户的认知能力下降，并增加误解。在设计和研制智能系统时，应考虑到上述问题，尽量鼓励用户在问题求解中的主动性，让他们的智力积极参与问题求解过程。
4.技术失控的危险
任何新技术最大危险莫过于人类对它失去了控制，或者是它落入那些企图利用新技术反对人类的人手中。有人担心机器人和人工智能的其它制品威胁人类的安全。为此，著名的美国科幻作家阿西莫夫(I.Asimov)提出了"机器人三守则"：
⑴机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人类受害而袖手旁观。
⑵机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类。
⑶机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它作出牺牲。
我们认为，如果把这个"机器人三守则"推广到整个智能机器，成为"智能机器三守则"，那么，人类社会就会更容易接受智能机器和人工智能。
人工智能技术是一种信息技术，能够极快地传递。我们必须保持高度警惕,防止人工智能技术被用于反对人类和危害社会的犯罪(有的人称之为"智能犯罪")。同时，人类有足够的智慧和信心，能够研制出防范、检测和侦破各种智能犯罪活动的智能手段。
五、 好处
1、改善人类知识
在重新阐述我们的历史知识的过程中，哲学家、科学家和人工智能学家有机会努力解决知识的模糊性以及消除知识的不一致性。这种努力的结果，可能导致知识的某些改善，以便能够比较容易地推断出令人感兴趣的新的真理。
2、改善人类语言
根据语言学的观点，语言是思维的表现和工具，思维规律可用语言学方法加以研究，但人的下意识和潜意识往往"只能意会，不可言传"。由于采用人工智能技术，综合应用语法、语义和形式知识表示方法，我们有可能在改善知识的自然语言表示的同时，把知识阐述为适用的人工智能形式。随着人工智能原理日益广泛传播，人们可能应用人工智能概念来描述他们生活中的日常状态和求解各种问题的过程。人工智能能够扩大人们交流知识的概念集合，为我们提供一定状况下可供选择的概念，描述我们所见所闻的方法以及描述我们的信念的新方法。
3、改善文化生活
人工智能技术为人类文化生活打开了许多新的窗口。比如图像处理技术必将对图形艺术、广告和社会教育部门产生深远的影响。比如现有的智力游戏机将发展为具有更高智能的文化娱乐手段。
六、 结论
综上所诉，我们了解到了机器人发展的巨大前景，仅仅是几十年的时间，机器人的技术就日新月异。未来的机器人具有更多的功能，将为人类社会做出更大的作用。但是在利用机器人改善生活的同时，我们必须了解到机器人的扩大发展对社会体系、社会分工造成的隐患，在短时间内，我们必须合理规划未来机器人发展的路线，才能对社会更多的作用。而机器人的巨大好处，促使我们必须重视这一新兴产业的发展，只有把握住机会才能更好的发展。

参考文献：1.智能技术及其应用——邵世煌教授论文集 2009 丁永生 科学出版社
2.机器人机构自由度分析理论 2009 赵景山 科学出版社
3.人工智能教程 2007 金聪 戴尚平 清华大学出版社
4.机器人的昨天、今天、明天 王全福 刘进长