1、主 讲：谢 榕 武汉大学国际软件学院机器人世界机器人世界Boston Dynamics.mp4HRP2_dance_bandaisan.MPGhttp:/ 研究内容研究内容动作控制，如移动式机器人的机械动作控制问题。机器人体系结构、控制、智能、视觉、触觉、力觉、听觉、装配机器人语言等。斯坦福大学公开课：机器人学.mp4l 研究目的研究目的技术上的考虑 如何提高工作质量和生产效率，降低成本，代替人类在高温、高压、深水和带有放射性及有毒、有害物质的特殊环境中从事繁重或危险的工作。科学研究的需求研究新一代机器人，在一定程度上感知周围世界，进行记忆、推理、判断，成为会下棋、写字绘画、作简单对话、会操作
2、规定的工具，从而能模仿人的智力和行为。l 为AI研究提供一个综合试验场，能全面地检验AI研究的各个领域技术，如计算机视觉、模式识别、博奔、智能控制、规划技术以及这些技术的综合应用。内容提要： 机器人规划问题求解 基于谓词逻辑的机器规划设计第六章第六章 机器人规划机器人规划DemoDemoTeapot_grasp_Demo.avi7.1 7.1 机器人规划问题求解机器人规划问题求解指派机器人自动选择若干操作，制定并执行一个动作序列规划，代替人去完成给定的任务。例1：要求机器人完成焊接，进行特殊装配等，尤其是人难以进入的恶劣环境，机器人却不惧怕。例2：充满有害气体的地下坑道，或是有放射性污染试验场
3、地，指派机器人代替人去搬运一些小物体等。如何进行机器人规划？如何进行机器人规划？1. 1. 机器人工作规划及生成方法机器人工作规划及生成方法分层规划技术分层规划技术q将机器人须完成的总任务分解为若干依序排列的子任务。q总任务即总规划，子任务即子规划，又称为一个进程。图：机器人进程子规划Sij - 输入约束条件 Sij - 进程的全部初始条件Gi - 进程的目标状态及其输出条件机器人工作规划机器人工作规划q机器人在满足相应约束条件下，选择操作序列，按照子任务目标的逐一实现，逐步达到总任务目标。q总任务完成及其指令操作序列生成全部进程。其中对每一个进程，还须仔细生成子任务工作规划。生成进程子规划的
4、主要方法生成进程子规划的主要方法采用关键状态归约法。依据任务进程，确定若干关键中间状态，并把这些状态对应选为进程子规划的目标，依序分别规划求解，直至总目标任务全部完成。例如，机器人搬运物件机器人搬运物件以上进程若有颠倒或相关条件不满足，就会导致执行规划的失败。进程1：机器人须到达要搬运的物件对象存放地进程2：机器人抓取并携带物件走至安放物件所在位置进程3：机器人放置物件后，按指令回到指定地点2. 2. 规划的执行与操作控制规划的执行与操作控制当系统规划一旦生成，机器人就可以按照指令，顺序执行该规划步骤和进程。机器人执行规划，就是机器人不断选取操作，执行操作的过程。当全部操作序列执行完毕，达到目
5、标状态。如果没有新的指令，机器人就应能自动停下来。图：具有反馈控制规划的机器人执行机构Si0 - 输入约束条件Sig - 输出的状态条件Sib - 检测输出的监控信息条件机器人规划执行机构反馈检测控制规划Si0SibSig在机器人规划中加进闭环控制，保证机器人可靠执行规划的关键方法和技术。3. 3. 机器人过程控制与环境约束机器人过程控制与环境约束机器人选择执行一项操作时，首先总要检测当前状态，是否满足该项操作所要求的约束条件，这一比较过程称为匹配。若状态条件满足，即匹配成功，则执行相应选定的操作。此时，须检测并验证操作前后状态变化是否正确合理，从而删除操作前相关状态，跃迁到新的状态。当发现不
6、能匹配时，就应放弃执行原选定的操作或转入相关处理。7.2 7.2 基于谓词逻辑的机器规划设计基于谓词逻辑的机器规划设计机器人行动规划问题分析机器人行动规划状态与操作设计机器人行动规划过程设计1. 1. 机器人行动规划问题分析机器人行动规划问题分析设在一含有凹室房间内，机器人小姐玛丽（Mary）正在紧张工作。a处和b处各有一茶桌（Teatable) ，其中a桌放有一只花瓶，花瓶中插有一束鲜花；b处有刚刚进门入座的贵宾罗西（Roxi) 。现在要求机器人小姐完成的主要任务是：为表达本公司对客人的欢迎，立即把花献给入座的贵宾前。要求规划机器人这一行动过程。虽然可采用搜索、语义网络、框架等方法描述求解。
7、比较起来，选用谓词逻辑规划谓词逻辑规划求解，可生动拟人动作过程。行动过程并规划关键步骤行动过程并规划关键步骤 Step1: 描述房间环境状态描述房间环境状态q表达机器人工作现场背景及变迁过程状态迁移。q尤其包括描述初始状态及确定目标状态。 Step2: 确定机器人需进行的若干关键操作确定机器人需进行的若干关键操作q可供选择操作：语言、表情、动作等，其中行动动作是关键。q可选择的动作：行走、抓物、放物等。 Step3: 确定实施关键操作的地点、对象及先后顺序、匹配规划等确定实施关键操作的地点、对象及先后顺序、匹配规划等q规划操作要求准确、严密、执行操作前后。q应检查约束条件匹配状况和预期的效果是
8、否达到。 Step4: 规划的优化和补充规划的优化和补充q定义与要完成任务相关部分的谓词，以利于系统高效运行。q开始定义的谓词状态及选择谓词操作可能不够，则可以在规划设计中进行补充和调整。2.2.机器人行动规划状态与操作设计机器人行动规划状态与操作设计定义表达状态的谓词逻辑机器人行动规划状态与操作设计机器人行动规划状态与操作设计问题的初始状态可表示为：问题的目标状态为：机器人行动规划状态与操作设计机器人行动规划状态与操作设计机器人行动规划的目标是通过执行一个操作序列，把问题的初始状态转换为目标状态。要完成本例机器人行动规划，必须执行下述基本操作：操作可分为约束条件约束条件和行为动作行为动作两个
9、部分，只有满足相应的约束条件，才可选择一个对应的动作，同时，把当前状态变换为新的状态。机器人行动规划状态与操作设计机器人行动规划状态与操作设计严格来说，系统还可以规划许多附加复杂操作，例如，从礼仪角度，机器人小姐献花时应问候行礼，富有表情等。但由于这些操作并不影响主要步骤的进行，为突出关键事件状态变迁，简化若干操作行为。机器人行动规划状态与操作设计机器人行动规划状态与操作设计3. 3. 机器人行动规划过程设计机器人行动规划过程设计为了达到机器人行动规划的目标状态，必须逐步实现从初始状态初始状态到达目标状态目标状态的过程转换。P1P2P3P4P5S0S1S2S3S4Sg用谓词逻辑描述的机器人行动规划过程Teapot_grasp_Simu.avi
