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機器人前沿

如何實現機器人對物體的感覺和認識

信息來源:THINK瀏覽次數:4317發布時間:2014-7-2 21:33:11

動物在進化過程中首先進化出用觸覺感覺、識別物體,在眼睛沒有出現之前, 動物就能夠通過觸覺來認識和識別外界物體,眼睛的出現使動物通過對眼中物體圖像的觸摸不用與外界物體接觸就能夠認識和識別外界物體,可以說眼睛是在原始觸覺的基礎上進化出的一種更高級的觸覺工具,我們要來研究機器人對物體的感覺、認識和識別,首先我們要制造一種只有手沒有眼睛的機器人,讓這種機器人只通過手對物體的觸摸就能夠感覺、認識和識別物體,然后我們再給機器人安裝眼睛,這樣機器人就能夠用眼來感覺、認識和識別外界物體了。在這里我們先不去研究機器人的眼睛,所以這里要研究的機器人是一個沒有眼睛的機器人,在機器人的雙手上安裝觸摸傳感器,機器人的電腦中制作或形成一個機器人自身圖形,當機器人運動時機器人腦中的自身圖形與機器人做相同的運動,機器人只能知道腦中的物體圖形,機器人的手運動時腦中的圖形手也做相同的運動,當機器人用手觸摸一個物體時,通過機器人手上的傳感器將觸摸信號傳入到腦中的圖形手相對應的位置上,這時機器人的腦就感覺到手觸摸到了這個物體。

由于有了圖形公式所以我們在計算機里能夠利用圖形公式來制作圖形,但機算機并不能真正地通過圖形公式來認識圖形,如:機器人腦中的機算機能夠很快識別其中符合圖形公式的標準圖形,但對于環境中物體在腦中形成的自然圖形很難識別,這樣看來我們要制造能夠識別任意圖形的機器人就必須放棄這種完全利用圖形公式制作圖形的方法,實際如果機器人能夠通過對物體的接觸在機器人腦中形成并記憶一種有感覺的物體圖形,這樣機器人就能感覺和識別外界的物體在機器人腦中形成的物體圖形。現在我們需要制造一個有兩只手沒有眼睛的機器人,來研究機器人如何通過手對物體的觸摸,在機器人腦中形成有感覺的物體觸摸圖形的方法。
首先機器人應該對手每一時刻的位置十分清楚,只有這樣機器人才能通過手對物體的觸摸在腦中形成物體的觸摸圖形,也只有這樣機器人才能通過對腦中物體圖形的觸摸來感覺腦中的物體圖形。我們能夠制造出一雙靈活的機器人手臂,我們知道要控制一個物體的空間運動需要對x、y、z即左右、上下、前后(這里用x、y、 z來表示左右、上下、前后)三個方向的運動數值進行控制,機器人通過控制手運動的x、y、z上的數值變化能夠知道手每一時刻的位置,當機器人用手觸摸一個物體時觸摸信號傳入到機器人腦中與機器人手做相同運動的自身圖形手上,這樣機器人用手觸摸一個物體時機器人腦中的自身圖形手按照x、y、z的數值變化就在機器人腦中畫出并記憶了這個物體圖形,
實際機器人對觸摸圖形的記憶是對圖形的形狀和各種感覺的綜合記憶,當機器人用手觸摸一個物體時這個物體的觸摸圖形就會在腦中出現,這時只要機器人用手拿住這個物體做各種運動,機器人腦中的自身圖形手也拿著這個物體圖形在腦中做相同的運動,這個機器人并沒有眼睛,這樣就不存在通過眼在腦中形成了這一運動的過程,這時我們會發現物體圖形和與它接觸的圖形手的位置加上圖形手的轉動角度能夠確定這一物體圖形在機器人腦中的任何位置,這說明機器人的腦中能夠通過記憶圖形手的各種位置來記憶這個物體圖形在機器人腦中的所有位置,我們還發現將這一物體圖形換成其它物體圖形機器人腦中就有了其它物體圖形的所有位置,這樣只要機器人腦中記憶了機器人圖形手的各種位置,機器人腦中就有了各種物體圖形的位置。這說明機器人腦中的物體圖形的各種位置能夠通過機器人腦中的自身圖形手讓機器人的腦知道,機器人腦中連接在一起的物體圖形具有位置的傳遞性,這樣機器人就能夠通過記憶控制機器人手運動的x、y、z知道任何一個物體圖形在機器人腦中的任何位置。

我們把左右、豎直、前后即x.y.z方向的數值變化作為機器人對方向的感覺,機器人在用手觸摸圖一中的圖形過程中,在y方向的數值先均勻增加然后突然變為均勻減少,這時機器人感覺到觸摸到的圖形是一個向上凸起的角,當觸摸圖二、圖三、中的圖形時機器人感覺到觸摸到了越來越凸起的角,機器人感覺到觸摸到的圖形的角越來越尖,在圖四中是圖一中的圖形向圖三中的圖形變化的過程,這時機器人通過手的觸摸感覺到圖四中的角越來越尖,機器人能夠感覺圖形的變化,這時給機器人加入力的數值變化機器人就能感覺物體的軟硬和物體受力的變形過程,機器人應該通過手對物體的觸摸在機器人腦中記憶各種物體圖形和對物體圖形觸摸的不同感覺同時還要記憶感覺到的各種物體圖形的變化,很多復雜的物體圖形都是由簡單的物體圖形構成,所以機器人可以通過記憶簡單物體圖形的位置和各種變化來記憶復雜的物體圖形。

如果通過眼睛在機器人腦中形成了物體圖形,那么這個物體圖形的大小會隨著物體離機器人的遠近而變化,但通過機器人的手在機器人腦中形成的同一個物體圖形不會隨著物體離機器人的遠近而變化,這樣機器人不論在哪個位置觸摸到了一個熟悉的物體時機器人都能很快感覺、認識和識別出這個物體。

我們在機器人腦中的自身圖形的腦中確定一個點,從這個點發出一條射線,這條射線的前端是機器人的注意點,注意點的形狀、大小隨觸摸到的物體而變化,如:有一個圓圈中間有一個點,機器人用手觸摸中間的圓點這時注意點上就是這個圓點的圖形,機器人用手觸摸圓點外的圓圈這時注意點上就是圓圈的圖形,機器人在注意點上對物體的觸摸圖形進行記憶,反過來機器人腦中記憶的各種物體觸摸圖形都能夠按照需要出現在注意點上,既然機器人的腦能夠指揮機器人腦中的自身圖形手運動,那么機器人的腦就一樣能夠指揮腦中任意提取出的圖形手或其它物體圖形運動,這樣機器人就能夠在注意點上提取出一個圖形手來觸摸機器人腦中任意出現的物體圖形,對事情進行回憶和思考,機器人腦中的注意點將引導機器人的行動。

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