半机器人时代真的来了吗?

美国科幻电视剧《无敌金刚》改编自马丁·凯丁1972年的小说《机器人》,剧中男主角是一个人机混合体,他在遭遇了可怕事故后被改造为半机器人。半机器人又称“赛博格”(cyborg),是“控制论”和“生物体”的合成词,最早由美国心理学研究员内森·S·克莱恩和奥地利科学家曼弗雷德·克莱恩斯在1960年提出,指的是由于合成成分或技术集成而具有增强能力的有机体,简单理解,就是人类与电子机械的融合体。

三元结构社会的新问题:人与半机器人和机器人的相处之道

随着人工智能的快速发展,人类社会将转变成为由人、半机器人和机器人组成的三元结构社会,产生人与人的相处模式转变、情感倾向的扭转、人之为人意志能力的削弱和对程序病毒恐慌等新问题。探索三元结构社会中的相处之道,就要把握好技术的量与度,让人工智能更好造福人类;完善法律,发挥其治理作用;形成共识道德,保留人之特性空间;设立咨询机构,提高心理沟通能力等,从而为三元结构社会的来临做好充分的认识和准备。

世界首款量产“半机器人”

人类和智能机械结合在一起，兼备两者的优点，成为半机械人（Cyborg），这已经是现代科技发展的目标之一。日本科技发明“机械服（robot suit）”——HAL（Hybrid Assistive Limb，混合辅助肢体）终于在2008年10月开始进入量产阶段，制造者是日本Cyberdyne公司，首批产品是下半身型的“HAL福利型”（左图），预计12月份出货，将只面向医疗护理、福利机构，由此“半机械人”将大量步入寻常生活。

双半球胶囊机器人自监督姿态快速矫正方法

为了解决胃肠道粘弹性阻尼和胶囊质心偏移等非线性因素会使胶囊机器人姿态偏离控制目标,胶囊运动过程中大视差和运动图像模糊所导致的姿态估计误差等问题,提出一种自监督姿态快速矫正方法。在胶囊初始姿态标定方面,消除了初始自转角的影响;在胶囊姿态估计方面,基于注意力机制SAB和TAM,使用深度可分离卷积替代部分标准卷积,设计出一种时空注意力机制TSAM并嵌入到PoseNet中得到注意力姿态估计网络APEN,加强模型特征提取能力。实验表明,相较于现有胶囊姿态估计方法Endo-SfM,APEN可在保持推理速度几乎不变的同时,相对姿态估计精度提高52%,并且该方法能实时、有效的对胶囊姿态进行矫正,姿态控制精度提高38.8%,为实现胃肠道高效动态诊疗奠定了基础。

基于辨识模型集的无人半潜水下机器人系统深度动态滑模控制切换策略研究

BQ-01无人半潜水下机器人深度运动模型参数未知,无法为基于模型的控制策略提供控制参数,导致该系统不易快速达到预期的性能指标要求,为此提出一种多辨识模型动态滑模控制方法。该控制方法采用平均拟合偏差方法,减少了系统辨识过程中出现过多冗余辨识模型参数组,以切换的方式为动态滑模控制方法选取最佳模型参数;同时采用状态反馈方法实现滑模面抖动指数衰减,从而解决了系统深度运动调节问题。BQ-01系统湖泊试验结果表明,所提辨识方法能够为滑模控制策略提供最佳控制参数,且提高了系统运动控制品质。

基于行为控制的半自主移动机器人系统

针对工作于动态、非结构化环境中的半自主移动机器人,构建了一个基于三层客户/服务器结构的机器人远程控制系统实验平台,论述了机器人客户端的软件结构,最后给出基于加权合成的多行为协作,从而实现机器人的复杂行为控制。实验证明系统实时性、稳定性高。整个系统基于开放源代码软件技术,采用面向对象思想,易于实现和扩展。

一种半履带式单臂无线数据采集机器人的设计与实现

给出了一种带有机械手臂并能采集环境温度、湿度等信息的半履带式机器人的控制设计方案。其关键是硬件电路特别是多个多种电机的控制与构成,无线通信控制、软件设计等。文章详细给出了关键部分的设计与实现过程。

我的半机器人同桌

1.如果不是一场突如其来的降雪,刘小小是半机器人的身份也许永远是个秘密。事情的经过是这样的,夏季的某个午后,吴小迪与同桌刘小小两人一起去上学,还没走到学校,吴小迪就已经热得汗流浃背了,他一边擦汗一边感叹道:“如果现在是冬天,那该有多好啊!”

双半球胶囊机器人调姿方程的幂级数解

为了探究双半球胶囊机器人调姿响应时的轴线姿态轨迹,分析其动力学响应与控制参数的关系,必须确定其动力学方程的精确解析解。在建立磁力矩简化模型的基础上,在姿态角小范围内变化时对原动力学方程选取合理近似,并对近似系统采取幂级数方法求得解析解,采用近似解析解对调姿过程中磁感应强度对机器人轴线轨迹产生的影响进行分析,仿真和试验结果一致表明,求得的幂级数解析解在时域内能够准确拟合姿态角响应结果,解析解拟合范围可控,计算结果准确可靠,可用于控制参数影响的研究。

基于HJI理论的双半球胶囊机器人姿态非线性控制方法

考虑到自主研发的双半球胶囊机器人系统不确定性以及外界扰动等非线性特征问题,提出了一种基于Hamilton-Jacobi不等式(HJI)理论的双半球胶囊机器人滑模鲁棒非线性控制策略。通过拉格朗日动力学原理建立双半球胶囊机器人被动模态的动力学模型,并将Hamilton-Jacobi不等式理论应用于设计滑模鲁棒的控制律来确保控制系统的稳定性。此外,通过Lyapunov方程验证了该双半球胶囊机器人基于HJI理论的滑模鲁棒控制系统的有效性,并对所设计的控制器进行了仿真实验,仿真和实验结果表明所设计的控制策略能有效地抑制外部干扰对控制误差的影响,提高了双半球胶囊机器人系统的控制精度。

磁驱动双半球胶囊机器人爬坡运动分析

胃及肠道内表面布满环形皱襞,凹凸的复杂作业环境给磁驱动双半球胶囊机器人姿态能否稳定回归带来不确定性,且肠道起伏的表面迫使机器人应具备一定角度的爬坡行走能力。基于空间旋转磁场与机器人的随动效应,采用拉格朗日乘子法建立主动模态下爬坡滚动的完整动力学模型,通过姿态角仿真分析验证了模型的正确性。为进一步分析机器人的爬坡能力,建立简化动力学模型,结合由动量矩定理推导的纯滚动条件,仿真相关参数与纯滚动爬坡角度关系。仿真表明:机器人爬坡时姿态具备一定的抗干扰能力,且在规定范围内,增大磁场强度和摩擦因数,可以增强机器人的爬坡能力。上述结论为延展胶囊机器人的作业场合提供了理论支持。

双半球胶囊机器人倾斜环境爬行性能研究

为了实现食管、胃部和结肠等非结构宽裕环境内的介入诊疗作业,提出一种万向旋转磁场驱动的主被动模态双半球胶囊机器人,机器人在被动模态下可实现肠道内定点悬停姿态调整,在主动模态下可实现肠道内的滚动行走。建立了胶囊机器人在主动模态下的爬行动力学模型,研究了机器人在倾斜环境下的爬行性能,仿真得到了机器人的不同系统参数下的最大爬坡角度,仿真结果为复杂环境下胶囊机器人运动学的研究奠定了基础。

基于宏行为的侦察机器人事务执行机制研究

为了便于操作员在侦察现场进行事务规划,提出了基于宏行为的事务描述方法和事务执行机制.按照机器人对环境变化的响应方式的不同,将机器人的行为分成基本行为、组合行为和宏行为,给出了描述这些行为的方法和一个宏行为的设计实例.引入了基于RS模型的行为合成运算符合成机器人行为的方法,从而可以形式化地构建侦察机器人的事务描述.实现了能够解释和执行事务描述的、基于宏行为的事务执行器.仿真和实验结果表明提出的任务描述方法可行,事务执行器能够可靠地完成事务描述所规定的任务.

机器人色标设计及识别算法

在半自主机器人足球比赛(MiroSot)中,机器人色标是机器人身份的标识,设计的合理色标可以使识别准确,不会相互干扰、出错,识别快速、计算量小。在比赛中,机器人视觉子系统的性能对整个系统的性能影响很大。识别机器人并快速准确获得机器人的实况信息对机器人策略的执行有着决定性的作用,直接影响系统的正常运行。分析了足球机器人视觉系统中色标设计的特点和要求,提出了一些提高视觉系统的实时性、准确性的方法。

脉冲推力作用下半被动双足机器人的行走动力学分析

为了提高半被动双足机器人在水平地面上行走的稳定性,研究一种脉冲推力作用下半被动双足机器人的行走动力学行为.以最简单的特殊行走模型为动力学模型,采用支撑腿脚后跟脉冲推力作为双足机器人行走动力源.鉴于系统模型的高度非线性,将连续阶段的非线性微分方程线性化;利用角动量守恒和脉冲推力构造一个二维离散映射;采用离散映射的不动点及其特征值分析系统周期步态的存在性和稳定性;接着讨论系统的倍周期分岔.在理论分析的基础上,通过Matlab软件对半被动双足机器人的行走动力学进行仿真实验.仿真结果表明,在水平地面上行走的半被动双足机器人具有稳定的周期-1步态和周期-2步态.

磁控双半球胶囊机器人姿态的图像检测方法

提出一种双半球胶囊机器人轴线方位的姿态检测方法.以空间万向旋转磁矢量误差模型所确定最小误差方位为双半球胶囊机器人的初始图像标定位置,对初始位置胶囊自转角信息进行校正.通过内嵌相机获得胶囊初始位置与调姿后的胃肠内壁图像,对这两幅图像进行特征点识别与匹配,并结合对极几何约束,最终获得胃肠道等宽裕环境内双半球胶囊机器人轴线方位.设计了模拟实验平台,在体外猪大肠内进行试验验证了该方法的可行性,并且在双半球胶囊实际工作状态下进行试验,确定了该方法在机器人姿态检测上的实用性.

磁驱动双半球胶囊机器人滚动动态性能研究

为了实现食管、胃、结肠等宽裕环境内诊断与治疗,双半球胶囊机器人需要实现稳定的滚动行走。为了探究旋转磁场强度、旋转速度、阻尼等参数对胶囊滚动动态性能的影响,确定胶囊姿态角变化范围,结合旋转磁场随动效应建立了双半球胶囊拉格朗日滚动动力学模型,采用区间状态转移矩阵逼近算法求得状态转移矩阵,通过分析状态转移矩阵特征指数,确定了能够实现稳定滚动的临界和最优控制参数。提出了基于激光系统的胶囊滚动姿态检测方法,模型仿真与试验结果表明:在一定范围内,磁场强度的减小及磁场旋转角速度的增加通常有利于机器人滚动动态稳定性的增强,该动力学特性为控制胶囊实现肠道内稳定滚动控制策略提供了理论依据。

磁场与视觉共融的多模态胶囊机器人人机交互控制

为了实现磁驱动胶囊内窥镜基于定点悬停调姿的全景观察,提出一种欠驱动双半球胶囊机器人,突破了悬停调姿与滚动行走双重工作模态转换关键技术.为了在肠道弯曲环境内实现滚动行走,提出与视觉相融合的空间万向旋转磁场人机交互控制策略.理论上,依据正交变换推得经纬坐标系下以磁场轴线的侧摆角与俯仰角为独立变量的三相电流形式空间万向旋转磁场叠加公式,完成控制变量降维与解耦,实现磁场轴线沿侧摆或俯仰方向的单独调整;实践上,通过磁矩随动效应带动双半球形胶囊机器人摄像头分别实现侧摆与俯仰2个方向的独立扫描,使机器人轴线对准各段肠道弯曲方向,沿弯曲方向施加滚动磁矩实现胶囊机器人滚动转弯.最后,采用离体猪大肠模拟环境验证人机交互性能.试验表明,通过结合弯曲肠道图像与磁场方位的人机交互控制,既能实现双半球形胶囊机器人在被动模态下的姿态任意调整与全景观察,也能实现在主动模态下沿弯曲环境的滚动行走.

人工智能对人类社会的影响

随着科学技术的飞速进步,人工智能已经开始加速发展并将深刻地影响人类社会,甚至会给人类带来某种挑战。事实上,人工智能已经在很多领域与人类形成竞争甚至开始替代人类。以至于比尔盖茨甚至发表了应该给机器人征税的观点。对于一些科学家和具有远见卓识的人来说,他们已经意识到机器人将主宰未来世界。人类社会发展到今天,面对这种局面,究竟该如何面对人工智能已经是摆在我们面前的一个不可回避的问题。是在智能机器人尚在萌芽时就扼杀其于摇篮,还是为了眼前商业利益的需要加速其发展,必将是我们人类不得不做出的抉择。