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[人工智能机器人学导论] 2 从遥操作到自主

上一章节：《人工智能机器人学导论》-1 机器人范式

第一章从遥操作到自主
机器人难道没有智能吗？简短的答案是 “没有”。当前大多数工业机器人都不是智能的，仅仅靠预先编排好的动作来执行。在机器人的发展道路上60年代出现了分支，分支之一就是工业机械臂（制造用机器人）。机械臂日复一日的根据编排好的动作来执行，人们将机械臂的技术重点放在了机械部分，设计的更精密更耐用。这机器人实际上即看不见也没有感知。空间应用的机器人是另外一个分支，行星漫游机器人在月球的背面接收不到无线电信号，行星漫游机器人可能会出现不可预知的情况。机器人必须注意周围环境并处理可能出现的任何问题。他具备传感器，通过传感器数据及时修正自身的行为以适应变化的环境。人工智能并未达到理想的情况，而我们有一个应用又需要具有实时适应能力的机器人，怎么办？这时候我们通过开发一些机械装置来弥补智能不足，这些装置是指遥操作装置。摇操作处于两个分支之间。

当前工业机器人面临必须快速重新编程，制造短期特殊订单，制造机器人和人工智能机器人这两个分支目前正在融合。

什么是人工智能？

研究使机器如何能够智能行动的科学通常是指人工智能，简写AI。

人工智能的定义：

“使计算机具有智能思想的研究”

“人工智能就是尝试让计算机做目前人类还比较擅长的事情” 代替人类的工作，一旦机器人成功完成了某个任务，完成该任务所采用的技术就不再是人工智能，而是普通的技术。

机器人的用途

3D的工作：Dirty肮脏、Dull枯燥、Dangerous危险。这是原先人们考虑的机器人适合的用途，当前已经有很多其他用途的机器人，例如小Q机器人、pepper这种陪伴机器人。

机器人学的社会意义

在人工智能机器人帮助了人们的同时，许多应用显现出与人们生产的竞争。机器人会使人们失业吗？比人们更优秀的机器人，是否会导致人们的嫉妒，而产生仇恨吗？
在电影《AI人工智能》里面的机器屠宰场给人们展示了血淋淋的场景。

2 从遥操作到自主图1

在过去的历史中，1812年 Ned Ludd领导了英国的反对纺织厂工人革命。因为纺织厂的机械化过程导致了工人的失业，工人联合起来捣毁机器人。勒德分子（Luddites）当前指反对技术或反对进步的人。Luddite对技术进步有一种失去理性的恐惧。

澳大利亚剪羊毛机器人大获成功，而羊毛产业却拒绝使用机器人。牧场主说除非机器人对羊的伤害达到0%，才会使用机器人。人们能够接受动物死在机器人手中而不是死在人的手中吗？

也许只有一些人类不想干的事情（Dirty肮脏、Dull枯燥、Dangerous危险）人们才高兴让机器人来接手吧。如果你要做一款机器人是不是会考虑这些方向来研究？

机器人学的简要历史

1942年美国开始了一项绝密工程-曼哈顿工程，即制造原子弹，需要加工放射性物质。前期使用手套箱，但是对于高放射性的物质具体太近也是非常危险的。后来开发出远程机械臂，这个机械臂完全是机械的方式来连接操控，操作者需要花费多年时间来训练才能操作。因为美苏竞争，批量使用核能和H武器需求增加导致这些机械臂发展迅速，美国应用数学家Norbert Wiener 所做的开创性的工作使得工程师能利用控制论准确的控制机械和电气设备。

工业机器人

工业应用最常用的两种机器人是工业机械臂和自动引导车（AGV）。当前大部分的工业机器人都是“开环的控制”，在开环的控制中，机械臂只需要计算一次位置轨迹和和速度，然后机械臂按照流程来执行。而AGV，通过地面的固定的磁条来进行导航，行走在固定的轨迹上。

当前的问题是，用户要求产品定制，需要敏捷制造，在这里编写机械臂的程序和改变AGV路径是困难的。缺乏适应能力。

空间机器人和人工智能方法

工业机器人的出现源于H武器的竞赛，而人工智能方法起源于空间竞赛。在另外一个星球的行星探索机器人因为离地球距离太远，无线电实时操作会存在延迟，等你看到行星漫步者在悬崖边上，实际上它已经掉到悬崖下了。所以机器人需要自主控制，只需要发一个命令 “在方圆一里内寻找岩石样本”，那么他将会自动控制寻找岩石样本，避开坑洞悬崖，没有阳光的时候睡眠进入低功耗状态，白天调整自己的位置用太阳能板充电。

遥操作

遥操作是离得太远，看不到机器人在做什么。由于通信带宽限制、通信延迟，摄像机不能快速的传输画面。大多数人会很快感受到认知疲劳，这是由于视觉和听觉系统感知不一致说导致的。视觉系统感受到操作者在移动，而听觉系统却感受到操作者并未移动。

遥操作的另外一个缺点是，每个机器人至少需要一个人，也许更多。无人飞机UAV需要多大4个遥控操作人员，在加上第五个人来控制起飞和降落。操作员至少需要训练1年。对于UAV，遥操作能执行危险和重要的任务，却付出了昂贵的人力代价。

遥现

通过利用遥现使人和机器人之间的控制更自然，以减小认知疲劳和身体不适。遥现的目的就是所谓的虚拟实现（Virtual Reality），操作人员拥有完全的传感器反馈信息，好像自己就是机器人本身。如果操作人员看某个方向，那么机器人的视点也在那里。如果轮子打滑了操作人员能听到或感知到。摇现比传统的遥操作要好，但是一个人只能控制一台机器人。

也许虚拟现实头盔Oculus Rift 是一个起点。也许以后遥现的极致能达到阿凡达或者机械战警那样的效果。

半自主机控制

给机器人一个指令，机器人能独立安全的完成任务。他分为连续辅助（或叫做共享控制）和切换控制。共享控制系统中，分配一些枯燥、重复的任务让机器人自己控制，在精细的环节人类接管机器人执行细致的控制。

切换控制系统中，人类给机器人指令，机器人全自主的完成任务。这种系统操作者可以控制多个机器人。同时减小了带宽的需求和同学的延迟问题。

神盾局特工Leo Fitz 使用的多个小矮人四轴飞行器如果每个都是用摇操作，那么将要多个人来操作。Leo Fitz 使用的多个四轴飞行器具备传感器和一定的人工智能，能够自主飞行，所以控制起来非常方便。

2 从遥操作到自主图2

人工智能的7个领域：

1、知识的表示：机器人如何表示周围的环境、要完成的任务及自我。
2、自然语言的理解：微软小冰、小Q机器人。当前还是有一些突破。
3、学习：机器人仅仅靠观察人类或重复任务就能修改自己的程序。
4、规划和问题的求解
5、推理：在信息不完整的时候给出答案。例如部分传感器损坏后还能够做出正确判断。
6、搜索，是指搜索答案。
7、视觉：最有用的感知系统。

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