Введение. Создание интеллектуальных роботов, способных обеспечить выполнение поставленных

Создание интеллектуальных роботов, способных обеспечить выполнение поставленных задач в неполнозаданной (или неопределенной) среде, является чрезвычайно актуальной проблемой как в чисто научном, так и в прикладном плане. Поиски возможных подходов к ее решению продолжаются на протяжении многих лет в ведущих исследовательских подразделениях соответствующего профиля различных стран мира. Уже первые практические достижения в этой области, полученные в конце шестидесятых — начале семидесятых годов рядом творческих коллективов, доказали принципиальную возможность разработки робототехнических систем с элементами искусственного интеллекта. Результаты некоторых экспериментов того периода сохраняют свою значимость и по сей день. Среди них в первую очередь должны быть названы следующие работы:

— мобильный робот Стэнфордского исследовательского инсгитута (США), представляющий собой электромеханическую подвижную тележку с развитым очувствлением и интеллектуальной системой управления для планирования действий в условиях незнакомой сцены [22];

— робототехнический комплекс Стэнфордского университета (США) с системой распознавания на базе технического зрения и интеллектуальным управлением для решения задач типа манипуляционной головоломки по укладке разноцветных кубиков в пирамиду с однотонными гранями [17, 18];

— интеллектуальный манипуляционный робот Центральной исследовательской лаборатории фирмы «Хитачи» (Япония), оснащенный системой технического зрения (с двумя телевизионными камерами) и обеспечивающий сборку простейших конструкций согласно предъявленным чертежам [2].

Данный перечень может быть продолжен упоминанием проектов аналогичного плана, которые создавались на стыке робототехники и искусственного интеллекта в Эдинбургском университете (Великобритания), в Массачусетском технологическом институте (США) и других научных центрах. Некоторые работы в этом направлении проводились также в Институте прикладной математики АН СССР [11] и в Институте кибернетики АН УССР [13].

Характер этих и последующих исследований в большей степени был связан с комплексной разработкой методов анализа сенсорной информации, распознавания сцены и планирования целесообразного поведения, чем с выявлением общих принципов иерархического построения систем управления интеллектуальных роботов с точки зрения организации соответствующих функциональных подсистем и их взаимной интеграции.

Дальнейшим шагом в области интеллектуализации роботов явилось развитие принципов автоматизации их программирования, которые касались двух главных аспектов:

— разработки специализированных языков высокого уровня для программирования роботов в терминах явного указания их действий;

— применения методов машинного моделирования как средства для синтеза роботоориентированных управляющих программ в автономном режиме.

Объединение этих направлений, произошедшее на определенной стадии, привело к появлению так называемых систем задачно-ориентированного программирования роботов. Сущность нового подхода базировалась на идее автоматической подготовки исполнительных программ управления роботом по описанию собственно технологического задания, специфицируемого в виде требуемой конечной цели либо стадий ее достижения, Естественно, что системы программирования такого рода должны обладать достаточной степенью интеллектуальности для обеспечения целого ряда важнейших функций, а именно:

— декомпозиции исходного задания на составные технологические операции;

— планирования последовательности действий робота по выполнению каждой из элементарных операций;

— определения порядка проведения сенсорного контроля за выполнением сформированных планов;

— генерации исполнительных программ управления роботом, обеспечивающих успешное завершение как отдельных технологических операций, так и задания в целом.

Очевидные сложности построения такого рода систем дополняются необходимостью учета характера преследуемых технологических целей и выбора адекватного способа их реализации согласно принятой для манипуляционных роботов классификации типов управляемых движений [20]:

— осторожных, останавливаемых по усилию;

— податливых, обеспечивающих заданное усилие в точке касания с поверхностью;

— свободных, обеспечивающих обход препятствий.

К числу характерных представителей первого поколения систем задачно-ориентированного программирования роботов могут быть отнесены такие, как AL, LAMA, AUTOPASS, LM-GEO, ROBEX, RAPT и пр.[20]. Эти разработки, эффективность которых в значительной мере обусловлена использованием разнообразных эвристических приемов, продемонстрировали принципиальную осуществимость комплексной автоматизации всех этапов планирования целесообразного поведения очувствленных интеллектуальных роботов по единому сквозному циклу. Результаты попутно проводимых исследований методов макропрограммирования и управления манипуляционных роботов, синтеза их движений, а так же синхронизации параллельно протекающих процессов и координации взаимодействующих устройств составляют главный итог практических достижений в данной области.

Однако необходимо отметить, что функциональные возможности большинства известных систем задачно-ориентированного программирования роботов ограничиваются “жесткостью” предлагаемых способов планирования с помощью, например, специализированных процедур с фиксированным порядком выполнения параметризованных операций, которые определяют сценарии поведения в тех или иных условиях [20].

Вместе с тем успехи в развитии теории искусственного интеллекта и смежных научных дисциплин открывают широкие перспективы для реализации гибких механизмов планирования действий, программирования и/или управления поведением робототехнических устройств различных типов и назначения на основе широкого использования современных методов и технологий обработки знаний.

Продуктивность этого направления в настоящее время интенсивно исследуется главным образом по вопросу эффективности экспертных систем (ЭС) для следующих приложений:

— диагностика, планирование и контроль процессов функционирования специализированного технологического оборудования, используемого в составе робототехнических комплексов (как правило, сварочных) [16,25];

— координация и планирование целенаправленных перемещений мобильных роботов [24, 27];

— управление движениями и планирование действий манипуляционных роботов [23, 26].

Обобщение опыта, накопленного в данной области, послужило началом поисковых работ, которые были развернуты на кафедре “Проблемы управления” МИРЭА и привели к созданию общей концепции построения интеллектуальных роботов на базе комплексного применения технологии ЭС.

Дата добавления: 2015-07-15