教育智能机器人的研究与应用论文选题

随着高新技术的发展，各种类型的军用机器人已经大量涌现，一些技术发达的国家相继研制了智能程度高、动作灵活、应用广泛的军用机器人。目前军用机器人主要是作为作战武器和保障武器使用。在恶劣的环境下，机器人的承受能力大大超过载人系统，并且能完成许多载人系统无法完成的工作，如运输机器人可以在核化条件下工作，也可以在炮火下及时进行战场救护。在地面上，机器人为联合国维和部队排除爆炸物、扫除地雷；在波黑战场上，无人机大显身手；在海洋中，机器人帮助人清除水雷、探索海底秘密；在宇宙空间，机器人成了火星考察的明星。现在世界上正在研制或已投入使用的军用机器入主要有以下几种。本次军事机器人介绍周将每周介绍一种军用机器人。欢迎观注。 2004年10月26日 第一天 地面机器人 地面军用机器人主要分为智能机器人和遥控机器人。按其功能可分为：排雷(弹)机器人、侦察机器人、保安机器人，甚至还研制有地面微型军用机器人。 全自主机器人美国于1984年开始研制第一台地面自主车辆，可以在人不干预的情况下自己在道路上行驶。992年美国研制出时速75公里的自主车。目前仍有许多技术难题未解决。但地面自主车的研制大大推动了遥控机器人的发展。 排雷(弹)机器人使用排雷机器人不仅可以加快扫雷破障的速度，而且还大大降低了人员的伤亡。如美国研制的"交通警察"战场机器人，它安装了多种传感器，可用于探测建筑物、掩体、隧道等处的地雷；"蜜蜂"式控雷器则具有较快的飞行速度，可以迅速而准确地发现地雷的位置，并通过自身携带的炸药对地雷进行引爆。在1982年爆发的马岛战争中，英国海军就曾用法国研制的的机器人，清除阿根廷布设的水雷。而英国陆军的排弹机器人在拆除恐怖分子放的各种类型的炸弹工作中屡建奇功，备受欢迎。 排爆机器人英国研制的"手推车"排除爆炸物机器人是世界上最有名的排除爆炸物机器人。目前，最新研制的 SuperM(超级手推车)的摄像机可以在距地面65毫米处工作，因此它可以用来检查可疑车辆的底部。SuperM机器人采用橡胶履带，最大速度为55米／分，它有一整套的无线电控制系统及各种设备，其中包括一部彩色电视摄像机、一支猎枪和两个爆炸物排除装置；该车由两组耐用的12伏电池驱动，并装有一个电动制动系统，使其在通过陡坡时能准确地动作。 侦察机器人高技术条件下的战场环境更加复杂，使用机器人不仅可以进入难以涉足的恶劣环境中侦察，而且一旦机器人不幸被"俘"，则可以通过预先设置的程序自动引爆"以身殉职"。美国海军陆战队的GSR侦察机器人是由M114装甲人员输送车改装的，上面装有15台微处理器、卫星导航接收机、声学临近传感器、激光测距机、磁罗盘和一台高分辨率的摄像机等。摄像机装在一个由计算机控制的平台上。如果没有外部导航，该车可以自主地跟踪其它车辆越过障碍物。 保安机器人保安机器人可用于军事基地等重要设施的保卫工作。具有代表性的保安机器人是由美国研制的"徘徊者"，它是一辆重1．8吨的6轮全地形车，它可以按照预编程序的路线，沿着这些设施的外部边界进行巡逻。当发现入侵者时，操作者通过声音传输系统使机器人与入侵者对话，若入侵者不合作，怀有敌意，操作者就可命令机器人攻击入侵者。当该地区受到大规模进攻时，操作者就可调动多台机器人进行阻击，以便为保安人员争取时间。 地面微型机器人专家们对微型机器人备加青睐，认为它们体积小，生存能力强，具有广泛的用途。现已研制出一种只有昆虫大小的名叫"扁虱"的机器人，它可附在敌人装备的部件上，混入敌人防线，侦察敌人的目标，也可向敌人的通信系统中注入一个功率脉冲进行干扰，或钻到敌人的装备中去，破坏发动机等关键部位。现在许多国家都非常重视微型军用机器人的研究，随着发展，军用微型机器人有可能改变21世纪的战场。 步兵支摄机器人"突击队员"遥控车是由格鲁曼航空公司与美国陆军训练与条令司令部共同研制的。它是一个重约160千克的菱形车辆，由电动机驱动。能以16 公里／时的速度在崎呕地形上行驶。该车采用光纤通信，可将车载电视摄像机的图像传送给操作员，同时将操作员的指令传送给它，装上机枪时，其总高度也只略高于1米。它能完成步兵通常所能完成的各种任务，包括反坦克任务。车上可以配备反坦克导弹发射器、机枪、催泪性毒气弹等。 2000年11月29日，中央电视台《新闻联播》报道：我国首台类人型机器人研制成功。11月30日，全国各大报都在显著位置发表了这一消息。许多人问：何为仿人型机器人？仿人型机器人的问世标志了什么？世界及中国仿人型机器人发展到什么水平？ 从前面几篇可以看出，大多数的机器人并不像人，有的甚至没有一点人的模样，这一点使很多机器人爱好者大失所望，很多人问为什么科学家不研制像人一样的机器人呢？其实，科学家和爱好者的心情是一样的，一直致力于研制出有人类外观特征、可模拟人类行走与其基本操作功能的机器人。 由于仿人型机器人集机、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，因此，世界发达国家都不惜投入巨资进行开发研究。日、美、英等国都在研制仿人形机器人方面做了大量的工作，并已取得突破性的进展。日本本田公司于1997年10月推出了仿人形机器人P3，美国麻省理工学院研制出了仿人形机器人科戈（COG），德国和澳洲共同研制出了装有52个汽缸，身高2米、体重150公斤的大型机器人。本田公司最新开发的新型机器人“阿西莫”，身高120厘米，体重43公斤，它的走路方式更加接近人。我国也在这方面作了很多工作，国防科技大学、哈尔滨工业大学研制出了双足步行机器人，北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学研制出了多指灵巧手等。 日本的仿人形机器人 本田公司是日本主要生产跑车和轿车的公司之一。本田公司投入巨资，经过10多年的开发，终于研制出了在世界上居领先地位的双足步行机器人——P3。P3通过它的身体的重力感应器和脚底的触觉传感器把地面的状况送回电脑，电脑则根据路面情况作出判断，进而平衡身体，稳定地前后左右行走。它不仅能走平路，还可以走台阶和倾斜的路。它站立稳定，推不倒，脚底不平也能保持身体的直立姿态。 本田公司机器人P2 1997年中国国务院总理李鹏前往日本本田公司总部参观时，机器人P3接待了李鹏总理。当李鹏总理一行抵达表演大厅时，一个身着宇宙服像宇航员一样的机器人从投影电视的屏幕后面走了出来，其走路的样子酷似顽童学步，步子虽然不快，但坚实有力。它走到大厅当中面对李鹏总理站好，伸出右手作欢迎状。并用汉语自我介绍：“我是机器人P3，热烈欢迎李鹏总理和夫人光临，请允许我与您握手”。机器人握住李鹏总理的手，连续摇动三次，然后摆好姿势供久候在那里的记者拍照。 接着P3请出本田公司社长川本正彦等人。他们通过投影电视屏幕，向中国客人介绍了本田研制机器人的发展历史和技术特点。川本社长的声音刚落，P3又说：“我有些紧张，请允许我暂时休息一下，接下来请我的二哥继续表演”。说罢转身，沿原路退回。 本田公司机器人P3 据介绍，本田公司按研制时间先后，把双足步行机器人分别命名为P1、P2、P3等。P3的高度为160cm，体重130公斤。被称为二哥的机器人P2身高80米，体重120公斤，长的笨头笨脑，但行动起来与灵活的“小三”相比毫不逊色。P2表演了上台阶这一高难动作，它走的极为平稳，一步一个台阶，令人赞叹不已。随后P2又表演了用扳手拧螺丝。P2机器人退场后，P3机器人出场与贵宾挥手告别：“表演到此结束，再次感谢李鹏总理的光临！” 本田公司最近又推出一种新型智能机器人“阿西莫”（ASIMO）。与1977年诞生的P3相比，它具有体型小、质量轻、动作紧凑轻柔的特点。阿西莫身高120cm，体重43公斤，更适合于家庭操作和自然行走。本田公司总裁吉野浩行在产品发布会上说：“将来我们还会使机器人具有更好的视觉、听觉等识别能力，提高它们的自主性。”他还说：“如果通过卫星网络来控制，它就是另外一个‘你’，可以使用者的身份做许多事情。” 科戈”机器人 出生于澳大利亚的罗德尼·布鲁克斯，40多岁，美国麻省理工学院人工智能实验室的教授。他喜欢离经判道，从不相信传统的成规。从80年代起，他就反对机器人必须先会思考，才能做事的信条。为了证实自己的观点，他研制出了一系列异型机器人。这些机器人没有思考能力，但却无所不能，比如能偷桌上的苏打罐，能穿越四周发烫的地面等。他的成功使他成为机器人界最有争议的人物。 机器人“科戈” 布鲁克斯从小就喜欢制作各种标新立异的小装置。进入福莱德大学后，他为该校唯一的一台IBM大型计算机重新编制了整个操作系统的程序。别的用户怎么也想不到，计算机怎么会突然变的具有令人不可思议的奇效。在获得该校硕士学位后，布鲁克斯又凭自己的实力考入了美国斯坦福大学。八十年代初期，布鲁克斯在麻省理工学院任初级研究员。那时人工智能研究的传统做法是先设计出各种“脑图”，以帮助机器人了解周围环境，使机器人先学会识别障碍物，再绕过障碍物。但这样做机器人往往要花很长时间去判断自己看到的东西，而且它们大多数均无法穿过陌生的空间。而布鲁克斯认为，真正的智能不能这样运作。 布鲁克斯认为，智能并不像假想的那样来自抽象思维，而是通过与外界接触学习之后作出的反应。只要机器人与其周围的环境进行复杂的相互作用，智能最终一定会出现。 最初他的计划是先从昆虫机器人做起，逐步向模仿高级动物发展，最后才是人形机器人。布鲁克斯想，只有人形机器人才能说明他的理论也适合于高级智能，于是他决定要制造出自己的人工智能型高级机器人，即现在的科戈机器人。 目前“科戈”的研制工作正在进行。“科戈”本身是非常复杂的，要它能通过与外界的联系获取知识，就必须尽可能地模仿人类，例如它的臂必须像人类那样具有柔顺性。 怎样才能把“科戈”变成一个真正的人形机器人，目前实现的目标尚不太明确。布鲁克斯和他的同事们正在借鉴幼儿的发育过程，使“科戈”由简到难，逐步学会各种本领，直到听说能力。 “科戈”机器人的大脑是由16个摩托罗拉68332芯片构成的，“科戈”的大脑放在与之相邻的室内，通过电缆与之相连。“科戈”最多可用250个摩托罗拉芯片。布鲁克斯准备用数字信号处理器取代部分这种芯片，用以完成特殊任务。“科戈”的大脑与人类的大脑一样，能同时处理多项任务。尽管计算机的能力给人们留下了深刻的印象，但是如果“科戈”能达到两岁儿童的智力，就算是成功了。现在“科戈”正在像婴儿一样利用自己的大脑学习“看”。“科戈”的每只眼睛由一台广角照相机和一台窄视野照相机组成。每一台照相机均可以俯仰和旋转。“科戈”首先通过广角照相机观察周围事物，然后再利用窄视野照相机近距离仔细观察事物。“科戈”的头可以像人的头一样前后左右转动。 布鲁克斯说：“我们试图找到一种方法，让‘科戈’自己了解这个世界。” “科戈”先学会看以后，开始学习听。这些功能要一个一个地教。为此，在“科戈”的头上装上了麦克风和处理器。声音可以帮助“科戈”确定去看什么地方，机器人还可以对声音进行辨别。“科戈”已经有了头和身子，但还没有皮肤、臂和手指。现在正在为“科戈”制造第一条手臂，这只臂以全新的方式工作，每个关节都有一个弹簧，从而使“科戈”获得了柔顺性。 我国的仿人形机器人研究 我国在仿人形机器人方面做了大量研究，并取得了很多成果。比如长沙国防科技大学研制成了双足步行机器人，北京航空航天大学研制成了多指灵巧手，哈尔滨工业大学、北京科技大学也在这方面做了大量深入的工作。 多指灵巧手 双足步行机器人研究是一个很诱人的研究课题，而且难度很大。在日本开展双足步行机器人研究已有30多年的历史，研制出了许多可以静态、动态稳定行走的双足步行机器人，上面提到的P2、P3是其中的佼佼者。 在国家863计划、国家自然科学基金和湖南省的支持下，长沙国防科技大学于1988年2月研制成功了六关节平面运动型双足步行机器人，随后于1990年又先后研制成功了十关节、十二关节的空间运动型机器人系统，并实现了平地前进、后退，左右侧行，左右转弯，上下台阶，上下斜坡和跨越障碍等人类所具备的基本行走功能。近期在十二关节的空间运动机构上，实现了每秒钟两步的前进及左右动态行走功能。 “先行者”类人型机器人 经过十年攻关，国防科技大学研制成功我国第一台仿人型机器人——“先行者”，实现了机器人技术的重大突破。“先行者”有人一样的身躯、头颅、眼睛、双臂和双足，有一定的语言功能，可以动态步行。 人类与动物相比，除了拥有理性的思维能力、准确的语言表达能力外，拥有一双灵巧的手也是人类的骄傲。正因如此，让机器人也拥有一双灵巧的手成了许多科研人员的目标。 在张启先院士的主持下，北京航空航天大学机器人研究所于80年代末开始灵巧手的研究与开发，最初研究出来的BH－1型灵巧手功能相对简单，但填补了当时国内空白。在随后的几年中又不断改进，现在的灵巧手已能灵巧地抓持和操作不同材质、不同形状的物体。它配在机器人手臂上充当灵巧末端执行器可扩大机器人的作业范围，完成复杂的装配、搬运等操作。比如它可以用来抓取鸡蛋，既不会使鸡蛋掉下，也不会捏碎鸡蛋。灵巧手在航空航天、医疗护理等方面有应用前景。 双足步行机器人在爬楼梯 灵巧手有三个手指，每个手指有3个关节，3个手指共9个自由度，微电机放在灵巧手的内部，各关节装有关节角度传感器，指端配有三维力传感器，采用两级分布式计算机实时控制系统。 仿人型机器人是多门基础学科、多项高技术的集成，代表了机器人的尖端技术。因此，仿人形机器人是当代科技的研究热点之一。仿人型机器人不仅是一个国家高科技综合水平的重要标志，也在人类生产、生活中有着广泛的用途。目前，我国仿人形机器人研究与世界先进水平相比还有差距。我国科技工作者正在努力向前，我们热切地期盼着我们自己水平更高的、功能更强的仿人型机器人与大家见面。

为了适应未来科技社会对技术型人才的需要，2003年颁布的普通高中新课程标准将“人工智能初步”与“简易机器人制作”分别列入“信息技术课程”、“通用技术课程”选修内容。教育部新制定的《普通高中物理课程标准(实验)》也提到“收集资料，了解机器人在生产、生活中的应用”的要求。由此可见国家对机器人教育的重视。机器人作为增强学生的动手能力，促进学生思维发展，创新能力训练的有效工具，在教育界逐渐得到认同。机器人教育进入中小学的主要表现在于竞赛，通过竞赛体现机器人对学生的设计能力、创新能力进行拉动，以模范的力量推动它全面地进入课程设置。观察各地中小学机器人教育的方式大体区分以为下四种：第一，通过学校、少年宫、少科站等单位吸入机器人爱好的部分学生，组成智能机器人学习小组，以学员制进行活动，并可代表地区参加各类竞赛活动。这种形式是机器人进入中小学生视野最初、最多，也是最有效的方法。第二，把智能机器人技术学习放入综合实践活动课中普及，在大中型的城市中非常的普遍，开设情况相对与经济欠发达地区较成熟。第三，把智能机器人作为信息技术课的内容之一进入中小学信息技术教育课程，这种形式正在形成期，教材的编写、课程的常规性开设正在起步。但是，这无疑会会为信息技术学科带来新的活力，对今天信息技术教育重软件应用轻编程开发的局面会有所改善。第四，智能机器人教育作为研究性课程的形式进入中学，由于研究性学习课程越来越受到重视，由于机器人教育的长期性、个性化决定了如果通过研究性学习形式推广会更有利于对学生创新能力的培养。但是由于研究性课程的地位决定的课时不足，以及班额过大决定的组织难度，这都会影响机器人教育的整体推进。早在上世纪70年代，中国学术界便开始对机器人教育开始研究。笔者对中国学术界所发表的相关文献做了统计，以“机器人教育”、“机器人教学”、“机器人竞赛”为关键字和索引，在“中国全数据期刊网、中国学术会议全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库”进行搜索检索，时间为1979年到20l2年3月15日，通过筛选，剔除无关的条目，统计以“机器人教育”和“机器人教学”为关键字的文献共有651篇，“机器人比赛或者机器人竞赛”共有905篇。通过上述数据对比可看出，研究人员从不同的角度对机器人教育进行了研究，但在各个研究内容的投入的力量明显不均衡，并且中小学机器人教学在中小学开展的活跃度与研究人员在此方面的研究力度明显不对称。研究人员把注意力都集中在了机器人比赛上面，直接造成了机器人教育理论研究上的匮乏，最终导致机器人教学缺乏有效的理论指导，难以深入到课堂。可以说，当前“机器人教育”的发展状况明显滞后于“机器人比赛”的发展。同时，笔者针对有关机器人教育有关的文献做了内容分析研究，按文献的内容主旨将其分类：机器人教育的价值或意义、机器人教育中存在的问题(或者说阻碍机器人教育发展的因素)、机器人教学的开发设计、机器人教育的应用现状、机器人教学方法、机器人教育课程开发研究、国外机器人教育研究几个方面。其中以研究“应用状况”和“教育问题”的内容最多。而最为重要的课程设计方面的相关文献仅有1篇。

机器人和人工智能的区别(2008-07-29 19:00:35)标签：杂谈 我们研究的是人工智能，和机器人有密切关系，但不是为了研究那些现实的机器人。我们不会去研究机器人足球赛、跳舞机器人这些东西，机器人有很多种：工业机器人能够不断重复作一些设定好的精确动作，提高效率，减少失误；军用机器人能够捕捉移动目标并开枪射击，它需要具有简单的图像识别能力；无人飞机也是一种机器人，需要遥感和一些图像识别能力。这些都是已经投入使用了的机器人，但它们显然没有人的智力，只是自动控制技术的延展。人工智能是“类人”机器人所需要的算法和技术，也就是说我们研究的主题是高级智能的本质，而不是其外在表现和辅助部件。人工智能要解决的问题主要是以下几个方面：一、识别过程，外界输入的信息向概念逻辑信息转译，将动态静态图像、声音、语音、文字、触觉、味觉等信息转化为形式化（大脑中的信息存储形式）的概念逻辑信息。二、智能运算过程，输入信息刺激自我学习、信息检索、逻辑判断、决策，并产生相应反应。三、控制过程，将需要输出的反应转译为肢体运动和媒介信息。实用机器人在第三个方面做得比较多，而识别和智能运算是很弱的，尤其是概念知识的存储形式、逻辑判断和决策这些方面更是鲜有成果，这正是人工智能要重点解决的问题。 【人工和智能】人工智能的定义可以分为两部分，即“人工”和“智能”。“人工”比较好理解，争议性也不大。有时我们会要考虑什么是人力所能及制造的，或着人自身的智能程度有没有高到可以创造人工智能的地步，等等。但总的来说，“人工系统”就是通常意义下的人工系统。 关于什么是“智能”，就问题多多了。这涉及到其它诸如意识（consciousness）、自我（self）、思维（mind）（包括无意识的思维（unconscious_mind）等等问题。人唯一了解的智能是人本身的智能，这是普遍认同的观点。但是我们对我们自身智能的理解都非常有限，对构成人的智能的必要元素也了解有限，所以就很难定义什么是“人工”制造的“智能”了。因此人工智能的研究往往涉及对人的智能本身的研究。其它关于动物或其它人造系统的智能也普遍被认为是人工智能相关的研究课题。 人工智能目前在计算机领域内，得到了愈加广泛的重视。并在机器人，经济政治决策，控制系统，仿真系统中得到应用。