自主機(jī)器人的系統(tǒng)組成 自主機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)

一、自主機(jī)器人的系統(tǒng)組成

1、視覺系統(tǒng)

負(fù)責(zé)感知球場(chǎng)上的態(tài)勢(shì)，視覺系統(tǒng)獲得球場(chǎng)上的實(shí)時(shí)圖像，對(duì)圖像進(jìn)行顏色分割，識(shí)別出球場(chǎng)上的各個(gè)目標(biāo)，然后進(jìn)行距離校正，將結(jié)果發(fā)給決策程序。

2、決策系統(tǒng)

接收視覺系統(tǒng)的辨識(shí)結(jié)果，對(duì)球場(chǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析，然后做出合理決策，將命令發(fā)送給底層控制系統(tǒng)。

3、底層控制系統(tǒng)

通過串口接收上位機(jī)的命令，控制各輪走行電機(jī)按照指定速度運(yùn)行，控制彈射和持球電機(jī)，將底層傳感器的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機(jī) 。

4、通信系統(tǒng)

通過無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系場(chǎng)內(nèi)機(jī)器人和場(chǎng)外計(jì)算機(jī)，進(jìn)行遙控測(cè)試，參數(shù)設(shè)置等操作以及控制比賽的開始和終止。

二、自主機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)

絕大多數(shù)的基于行為的實(shí)現(xiàn)方法都是對(duì)不同的任務(wù)進(jìn)行手工編程的，這需要編程人員能充分地考慮到各種可能出現(xiàn)的情況，對(duì)機(jī)器人與環(huán)境之間的交互有充分的理解，雖然有些設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)對(duì)于很多任務(wù)和環(huán)境而言性能都是魯棒的，但系統(tǒng)對(duì)環(huán)境并不具有適應(yīng)性。

人不能窮盡一切可能。機(jī)器人能否通過學(xué)習(xí)獲得不能由程序員手工編碼進(jìn)去的知識(shí)，比如構(gòu)建一個(gè)未知環(huán)境的地圖，在任何環(huán)境的性質(zhì)隨時(shí)間變化的任務(wù)中都是必要的。

當(dāng)機(jī)器人元件老化后，機(jī)器人的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的性質(zhì)是可能會(huì)發(fā)生改變的。

機(jī)器人在多機(jī)器人的環(huán)境中執(zhí)行,由于需要對(duì)其他機(jī)器人作出反應(yīng)，它的策略是需要改變的。學(xué)習(xí)方法在這些情況下都能發(fā)揮重要的作用。用學(xué)習(xí)方法為機(jī)器人進(jìn)行編程，而無須告訴它怎樣達(dá)到它的目標(biāo)，只要告訴它目標(biāo)是什么，讓它通過學(xué)習(xí)去滿足這個(gè)目標(biāo)，無疑，這種方法具有很大的吸引力。它是提高機(jī)器人的適應(yīng)性，降低編程人員編程強(qiáng)度的必由之路。

分類

機(jī)器人有不同層次的行為，它們由不同層次的信息表達(dá)所決定,因此就存在著不同類型的學(xué)習(xí)。Broo ks和Mataric總結(jié)出了以下類型的學(xué)習(xí)：

1、為傳感設(shè)備標(biāo)定或則參數(shù)調(diào)節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)。這種類型的學(xué)習(xí)只在一個(gè)特定行為結(jié)構(gòu)中優(yōu)化操作參數(shù)。

2、學(xué)習(xí)真實(shí)世界的知識(shí)。這種類型的學(xué)習(xí)構(gòu)建與修改機(jī)器人對(duì)于真實(shí)世界的內(nèi)部表達(dá)，以利于機(jī)器人作出行為規(guī)劃和決策等高層的智能行為。

3、學(xué)習(xí)已有行為的協(xié)調(diào)。這種類型的學(xué)習(xí)中通過協(xié)調(diào)已經(jīng)存在的行為被觸發(fā)和被執(zhí)行的順序來改變它們對(duì)世界的作用。

4、學(xué)習(xí)新的行為。這種類型的學(xué)習(xí)建立新的行為結(jié)構(gòu)。

實(shí)際問題

機(jī)器人領(lǐng)域?qū)θ魏螌W(xué)習(xí)算法而言都是一個(gè)挑戰(zhàn)。在構(gòu)建擁有學(xué)習(xí)能力,能自動(dòng)進(jìn)行知識(shí)獲取的自主機(jī)器人的過程中必須面對(duì)許多煩瑣的有關(guān)真實(shí)世界的問題。

1、傳感器噪聲。大多數(shù)機(jī)器人的傳感器是不可靠的。于是由傳感器信號(hào)得到的狀態(tài)描述注定是不精確的。學(xué)習(xí)算法必須能夠處理噪聲,因此經(jīng)常需要用統(tǒng)計(jì)平滑技術(shù)克服噪音的影響。

算法的易駕馭性。機(jī)器人必須對(duì)不可預(yù)見的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。因此學(xué)習(xí)算法必須不能過于復(fù)雜，算法的每一次迭代都必須能實(shí)時(shí)地完成。

2、增量式的算法。學(xué)習(xí)算法必須允許機(jī)器人邊學(xué)習(xí)邊改善自己的性能。因?yàn)闄C(jī)器人必須一邊收集經(jīng)驗(yàn)一邊進(jìn)行學(xué)習(xí). 形成經(jīng)驗(yàn)的數(shù)據(jù)不能離線獲得。

3、有限的訓(xùn)練時(shí)間。機(jī)器人的訓(xùn)練時(shí)間是非常有限的。學(xué)習(xí)算法必須在合理的運(yùn)算次數(shù)中收斂，因?yàn)闄C(jī)器人需要完成任務(wù)，在真實(shí)的機(jī)器人上進(jìn)行上百萬次的動(dòng)作是極為困難的。

堅(jiān)實(shí)的信息來源。 所有機(jī)器人可以獲得的信息都必須最終來至從它的傳感器抽取得到的信息或初始狀態(tài)時(shí)強(qiáng)行編碼進(jìn)去的知識(shí)。由于狀態(tài)信息是由傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算得到的，學(xué)習(xí)算法必須能和感知設(shè)備的限制一起工作.明顯地,能否解決以上提出的一些問題決定了用在真實(shí)機(jī)器人上的學(xué)習(xí)算法的成功與否。

學(xué)習(xí)方法

在機(jī)器人研究領(lǐng)域中有三種主要的學(xué)習(xí)方法變得越來越流行。它們是強(qiáng)化學(xué)習(xí)( RL) ，進(jìn)化方法( GA和EP)和基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)( ANN )的方法。其中應(yīng)用得最為廣泛的方法是強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法.在學(xué)習(xí)新的行為和學(xué)習(xí)協(xié)調(diào)已經(jīng)存在的行為兩種情況下都可以用到強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法。 強(qiáng)化方法是一種無監(jiān)督的學(xué)習(xí)算法，它比較好地符合人們解決問題的心理習(xí)慣，和傳統(tǒng)人工智能以及優(yōu)化算法聯(lián)系緊密，有普遍適的用性，因此獲得了最廣泛的關(guān)注。