這是一篇讀書(shū)總結(jié)，書(shū)名：《移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)與制作》，標(biāo)題就不解釋了。_
2018年有幸轉(zhuǎn)行到智能機(jī)器人行業(yè)，從個(gè)人來(lái)講既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。智能機(jī)器人行業(yè)作為一個(gè)新興行業(yè)，它所需要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)、知識(shí)和我以往面對(duì)的行業(yè)是不一樣的，學(xué)習(xí)智能機(jī)器人相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)也就是必不可少的?！笆濉眹?guó)家重點(diǎn)圖書(shū)《移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)與制作》，是我的第一本書(shū)智能機(jī)器人相關(guān)知識(shí)入門(mén)書(shū)籍，從中我學(xué)到不少新的知識(shí)。
移動(dòng)機(jī)器人是什么？我以前認(rèn)為只有有擬人化外形，而且可以自主移動(dòng)的設(shè)備才是機(jī)器人，這個(gè)認(rèn)知太過(guò)狹隘。通過(guò)本書(shū)的學(xué)習(xí)，我刷新了機(jī)器人的定義，“一種由傳感器、遙控操作器和自動(dòng)控制的移動(dòng)載體組成的機(jī)器人系統(tǒng)”，“一個(gè)集環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)決策與規(guī)劃、行為控制與執(zhí)行等多種功能為一體的綜合系統(tǒng)”，前者是側(cè)重結(jié)構(gòu)組成的定義，后者是側(cè)重功能技術(shù)的定義。只要滿足前一個(gè)定義，其實(shí)它就可以稱(chēng)作是機(jī)器人。在這個(gè)認(rèn)知的基礎(chǔ)上，我發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市面上很火的大疆無(wú)人機(jī)、百度無(wú)人車(chē)其實(shí)都是機(jī)器人，還有智能輪椅其實(shí)也算機(jī)器人，于是我有了一個(gè)新的視角來(lái)看待這些產(chǎn)品。
與移動(dòng)機(jī)器人相關(guān)的最重要的技術(shù)有三個(gè)，自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)，多傳感器信息融合技術(shù)，還有就是人機(jī)交互技術(shù)。通過(guò)本書(shū)的閱讀學(xué)習(xí)思考，在這三個(gè)方面我都有一些收獲。
應(yīng)該說(shuō)，精確可靠的導(dǎo)航技術(shù)是機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)，而導(dǎo)航技術(shù)的關(guān)鍵在于定位技術(shù)，從書(shū)本中我了解到定位分為相對(duì)定位技術(shù)和絕對(duì)定位技術(shù)，相對(duì)定位是根據(jù)機(jī)器人相對(duì)初始位置的位移來(lái)進(jìn)行定位的方式。這個(gè)知識(shí)點(diǎn)使我想到我們的小π機(jī)器人，平時(shí)測(cè)試過(guò)程中機(jī)器人關(guān)機(jī)后，如果有挪動(dòng)它的位置，那么重新開(kāi)機(jī)后，機(jī)器人的地圖位置就會(huì)出錯(cuò)，需要重新初始化它的位置。很顯然我們的機(jī)器人底盤(pán)采用的是相對(duì)定位的技術(shù)，關(guān)機(jī)挪動(dòng)它的位置，因?yàn)榕矂?dòng)的這段距離沒(méi)有被機(jī)器人感應(yīng)到，那么它相對(duì)初始位置的位移就缺失了一段，再次開(kāi)機(jī)后地圖位置出錯(cuò)也就不可避免了。這使我對(duì)我們機(jī)器人底盤(pán)導(dǎo)航定位的原理有多了一層了解。
說(shuō)到導(dǎo)航定位，我也會(huì)不由想起目前市場(chǎng)非常前沿的自動(dòng)駕駛技術(shù)，它們的定位技術(shù)又是怎樣的呢？除了采用基于 GPS技術(shù)的絕對(duì)定位，自動(dòng)駕駛還需要采用局部區(qū)域的相對(duì)定位技術(shù)，比如基于視覺(jué)的道路特征識(shí)別定位方案就是采用相對(duì)定位技術(shù)。由此也可以知道，其實(shí)相對(duì)定位技術(shù)和絕對(duì)定位技術(shù)并沒(méi)有好與不好之分，只有適合與不適合之分。導(dǎo)航技術(shù)的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是路徑規(guī)劃，有了地圖定位信息，但是如何讓機(jī)器人選擇最優(yōu)可行路徑進(jìn)行導(dǎo)航運(yùn)動(dòng)，這是另一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。路徑規(guī)劃的好壞依賴于采用算法的優(yōu)劣，A算法/D算法還有遺傳算法，每次機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到障礙后都會(huì)利用這些算法來(lái)重新計(jì)算規(guī)劃新的路徑。想到這里，我就明白了，每次我故意擋在機(jī)器人前面，機(jī)器人都需要反應(yīng)半天才能重新找到新的路徑，才能繞開(kāi)我這個(gè)“障礙”，是因?yàn)樗枰獙?shí)時(shí)探測(cè)周?chē)沫h(huán)境信息，然后進(jìn)行大量的運(yùn)算來(lái)完成新路徑的規(guī)劃，這個(gè)過(guò)程對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)也需要一點(diǎn)兒時(shí)間。
機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航路徑規(guī)劃，也是有前提的，首先它得獲取周遭的環(huán)境信息，而這必須依賴于遍布機(jī)器人周?chē)膫鞲衅?。機(jī)器人身上的傳感器越多，獲取的信息也就越多，但是信息越多，并不一定意味著機(jī)器人對(duì)周遭環(huán)境的判定就能越準(zhǔn)確。因?yàn)楦鞣N傳感器獲取的信息，有可能存在冗余信息/互補(bǔ)信息/協(xié)同信息，這些信息不是直接就可以使用的，而是需要再次進(jìn)行加工處理。加工處理這些傳感器收集的信息，盡可能完整全面準(zhǔn)確地讓機(jī)器人對(duì)周遭環(huán)境做出判斷，這種技術(shù)就是多傳感器信息融合技術(shù)。這種技術(shù)在小π機(jī)器人身上就有應(yīng)用，激光雷達(dá)傳感器、超聲波傳感器以及深度傳感器三個(gè)傳感器信息的融合，促成了機(jī)器人更加全面完善的避障功能。
多傳感器信息融合技術(shù)，涉及到很多具體的方法，比如加權(quán)平均法、基于參數(shù)估計(jì)得信息融合方法、證據(jù)推理，還有模糊理論以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，后兩者跟近些年網(wǎng)上看到的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相類(lèi)似。令我比較驚訝的是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)我是在2016年AlphaGo大戰(zhàn)圍棋高手李世石的新聞之后逐漸了解的，但是從本書(shū)了解到至少2011年之前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法技術(shù)就已經(jīng)存在了。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查詢，我進(jìn)一步了解到其實(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從20世界中期最早出現(xiàn)，在20世紀(jì)80年代是研究熱點(diǎn)。知識(shí)更新的速度是遠(yuǎn)超我學(xué)習(xí)的速度了，在這里僅僅是感嘆一下。
最后一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，是人機(jī)交互技術(shù)，人與機(jī)器人之間要建立連接必須使用的技術(shù)。交互技術(shù)包括語(yǔ)音、手勢(shì)、肌電、腦波等手段。目前語(yǔ)音交互技術(shù)是智能機(jī)器人交互的核心技術(shù)，而且它是人工智能技術(shù)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。人工智能技術(shù)近些年也異?；馃幔裁词侨斯ぶ悄苁鞘裁?、研究什么，之前并不了解。通過(guò)本書(shū)學(xué)習(xí)后，我了解到，人工智能就是采用人工的方法模擬大腦的某些智力功能，進(jìn)行一些諸如判斷、推理、證明、識(shí)別、感知、思考、設(shè)計(jì)、規(guī)劃、學(xué)習(xí)、理解的能力。它研究的領(lǐng)域包括自然語(yǔ)音處理、模式識(shí)別、專(zhuān)家系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)庫(kù)、智能調(diào)度與指揮、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器人學(xué)、程序自動(dòng)化、定理證明、智能控制以及智能檢索。在移動(dòng)機(jī)器人上，路徑規(guī)劃、感知技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)以及自然語(yǔ)音處理都是人工智能技術(shù)應(yīng)用的典型場(chǎng)景。
通過(guò)本書(shū)的學(xué)習(xí)，其實(shí)不僅僅學(xué)到了解到以上這些知識(shí)，還有一些其他的知識(shí)。盡管該書(shū)比較舊，但是里面還是有很多我沒(méi)了解過(guò)的內(nèi)容，學(xué)習(xí)它很有啟發(fā)?？傊也粌H了解了更多的智能機(jī)器人相關(guān)的知識(shí)，而且也因此更加了解我們自己的小π機(jī)器人。
hylan 2019-1-31
