智能機(jī)器人及其應(yīng)用研究

陳力軍教授，南京大學(xué)智能機(jī)器人研究院，南京大學(xué)計(jì)算機(jī)系博導(dǎo)

（學(xué)習(xí)科研的理念與思路）

引言：團(tuán)隊(duì)十幾年聚焦的工作

一 機(jī)器人起源

魯班造木鳥，墨子造車轄（車軸兩端的鍵，即銷釘）

評(píng)：既要立足祖國(guó)大地，又要仰望星空。魯班是基礎(chǔ)研究，墨子創(chuàng)造技術(shù)到成果轉(zhuǎn)化。

三國(guó)木牛流馬，亞里士多德的設(shè)想

二 智能機(jī)器人時(shí)代

智能機(jī)器人是集大成者，融合了多個(gè)學(xué)科的技術(shù)和成果。

袁隆平禾下乘涼，人與機(jī)器人的共榮。

智能機(jī)器人需要具有感覺思考決策和動(dòng)作能力系統(tǒng)。具備三要素：感覺運(yùn)動(dòng)和思考。

自然語言處理是人工智能的重要方法，實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)間用自然語言進(jìn)行交流。（信息交互）重要應(yīng)用：圖書館機(jī)器人日常業(yè)務(wù)處理。

多傳感器信息融合技術(shù)是對(duì)多種信息的獲取，表示與融合。

導(dǎo)航與定位技術(shù)是賦予機(jī)器人感知和行動(dòng)能力的關(guān)鍵，主流機(jī)器人定位導(dǎo)航技術(shù)是SLAM技術(shù)，分為激光SLAM和視覺SLAM。

激光SLAM相對(duì)成熟，在工業(yè)界應(yīng)用較多，可以在復(fù)雜場(chǎng)景中完成自動(dòng)導(dǎo)航，但成本較貴?；谝曈X的SLAM技術(shù)精度不夠。

路徑規(guī)劃技術(shù)，最優(yōu)路徑規(guī)劃。路徑規(guī)劃算法大致可以分為傳統(tǒng)方法和智能方法兩種。應(yīng)用：圖書館找書，機(jī)器人協(xié)作。

機(jī)器人視覺，一般由攝像機(jī)，圖像采集卡和計(jì)算機(jī)組成。核心人物是特征提取，圖像分割和圖像辨別，如何高效正確的處理視覺信息是視覺系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。應(yīng)用：割草機(jī)器人，僅僅碰到感知是不夠的。

智能控制，姿態(tài)，速度等的控制。

多模態(tài)人機(jī)交互，通過文字，語音，視覺，動(dòng)作，環(huán)境等多種方式進(jìn)行人機(jī)交互，充分模擬人與人之間的交互方式。語音，人臉，動(dòng)作，交互意圖和情感識(shí)別。

智能機(jī)器人是中國(guó)制造2025的核心領(lǐng)域，是新一代人工智能的重要載體。有科技部立項(xiàng)的科研專項(xiàng)，智能機(jī)器人已成為國(guó)家戰(zhàn)略。

三 智能圖書盤點(diǎn)機(jī)器人

湖南衛(wèi)視專訪圖書盤點(diǎn)機(jī)器人。

1. 圖書館現(xiàn)狀——錯(cuò)架，相當(dāng)于丟失，錯(cuò)架率30%左右，是對(duì)資源的浪費(fèi)。

盤點(diǎn)難題，人工盤點(diǎn)，手持設(shè)備，智能書架

書在哪里？條碼圖書管理，高頻RFID圖書管理，超高頻RFID，好處：遠(yuǎn)距離讀取。

書量大，圖書館大，難以管理?！鄼C(jī)器人協(xié)作。

2. 解決方案——采用機(jī)器人

基礎(chǔ)知識(shí)：RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)的核心組成部分，非接觸遠(yuǎn)距離一次多量讀取，包含標(biāo)簽，天線，閱讀器和計(jì)算機(jī)。二戰(zhàn)時(shí)已經(jīng)應(yīng)用于識(shí)別敵我戰(zhàn)機(jī)。至今時(shí)無源感知的重要應(yīng)用。

高效數(shù)據(jù)傳輸和精確空間感知。

3. 關(guān)鍵技術(shù)之一：RFID空間感知

讀取距離10米，技術(shù)挑戰(zhàn)：如何精確定位每本書。

物理層面：找相位與距離的關(guān)系。

關(guān)鍵技術(shù)之二：多模態(tài)自主導(dǎo)航

問題：機(jī)器人會(huì)在圖書館迷宮中迷路，環(huán)境太相似了。

關(guān)鍵技術(shù)之三：視覺避障技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)之四：基于視覺的書脊信息識(shí)別

關(guān)鍵技術(shù)之五：多模態(tài)信息融合

關(guān)鍵技術(shù)之六：人機(jī)交互，語音的識(shí)別生成和合成技術(shù)。

四 智能機(jī)器人的研究能為國(guó)家做什么？

基礎(chǔ)研究到成果轉(zhuǎn)化，全球首臺(tái)盤點(diǎn)機(jī)器人及其專利。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)。智能圖書館盤點(diǎn)機(jī)器人二代三代（武大在用三代）四代（1819年完成，嵌入視覺模塊）五代（RFID為主，視覺模塊為輔，加載5G模塊），具有好的社會(huì)反響和媒體報(bào)道，20家圖書館在用。用戶認(rèn)可：武大智能機(jī)器人應(yīng)用研究論文。

五 陳老師的夢(mèng)想

萬花筒看西洋鏡的年代，西方發(fā)達(dá)。機(jī)器人帶到國(guó)際上，將智能制造技術(shù)推向國(guó)際。一帶一路上留下我們的足跡，推動(dòng)文化交流，文化傳播，文化貿(mào)易創(chuàng)新發(fā)展。

六 結(jié)束語

人的演化歷程告訴我們機(jī)器人的發(fā)展不能著急會(huì)很緩慢，但要相信會(huì)越來越好?，F(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)在某些領(lǐng)域中更好的應(yīng)用，如醫(yī)療，圖書館等。以寬容的心態(tài)看待機(jī)器人的研究與發(fā)展。如何在冰冷的機(jī)器中注入靈魂，是可以看到努力后的結(jié)果的。所有的夢(mèng)想和精神離不開過程的付出，需要具有工匠精神，長(zhǎng)期堅(jiān)持，專注于某一領(lǐng)域，研究透做好！

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