background image

 

 

background image

 

 

SZTUCZNA 

INTELIGENCJA 

W ROBOTYCE

background image

 

 

9.1. Wprowadzenie do systemów sztucznej 
inteligencji
 

Wyrażenie sztuczna inteligencja jest używane w dwóch znaczeniach:

 jako techniczno - informacyjny model naturalnego (ludzkiego) intelektu, jest 

to  hipotetyczna  inteligencja  realizowana  w  procesie  inżynieryjnym,  a  nie 
naturalnym,

 jako  dyscyplina  naukowa  lub  kierunek  badań,  który  zajmuje  się 

zagadnieniami  ludzkiego  intelektu,  na  styku  z  neurologią,  psychologią    i 
ostatnio kognitywistyką, a nawet z współczesną filozofią. 


Dyscyplina 

ta, 

pierwotnie 

związana 

cybernetyką, 

zdołała 

się 

“wyemancypować”  i  współcześnie  szybko  się  rozwija.  Sztuczna  inteligencja 
jest  to  nazwa  technologii  i  dziedzina  informatyki,  której  przedmiotem  jest 
badanie  reguł  rządzących    inteligentnymi  zachowaniami  człowieka, 
tworzenie  modeli  formalnych  tych  zachowań  i  –  w  rezultacie  –  programów 
komputerowych  symulujących  te  zachowania.  Stąd  systemami  sztucznej 
inteligencji
 nazywane są systemy spełniające funkcje, które przyjęto uważać 
za charakterystyczne dla intelektualnej działalności człowieka. 

background image

 

 

Głównym zadaniem badań nad sztuczną inteligencją w drugim znaczeniu jest 

konstruowanie  maszyn  i  programów  komputerowych  zdolnych  do 
realizacji wybranych funkcji umysłu i ludzkich zmysłów niepoddających się 
prostej numerycznej  algorytmizacji. Problemy takie bywają nazywane AI-
trudnymi i zalicza się do nich między innymi:

Główną  cechą  charakterystyczną  tzw.  Inteligentnego  zrobotyzowanego 
systemu  
jest  zatem  zorientowane  na  celowe  zachowanie  się  w  złożonym 
świecie zewnętrznym. 

Zadanie to rozwiązywane jest dwojako:

• Reprezentacja i przetwarzanie wiedzy.

• Planowanie celowych zachowań.

• Współpraca człowieka z komputerem, rozpoznawanie mowy i mówców. 

• Rozpoznawanie obrazów oraz pisma.

background image

 

 

Po pierwsze

Inteligentnym nazywa się system, który dla 
obserwatora z zewnątrz zachowuje się jak 
człowiek. Jest to realizowane w ten sposób, iż 
system  potrafi wybrać wcześniej 
zaprogramowane działanie - adekwatnie do 
aktualnej sytuacji w świecie zewnętrznym.

Schemat działania takiego systemu pokazano na 
rysunku.

Świat

zewnętrzny

Planowanie

działań robota

Sterowanie

napędami

ROBOT

Przetwarzanie

informacji

Wiedza o celach

Sensory

Podsystem

percepcji

Podsystem

planowania

i wykonania

działań

background image

 

 

Z  punktu  widzenia  sztucznej  inteligencji  zachowanie  się  takiego  robota 
jest  organizowane  na  drodze  przekształcenia  wiedzy  o  bieżącym  stanie 
świata zewnętrznego (uzyskiwanej za pomocą systemów sensorycznych) w 
sekwencje  zaprogramowanych  działań  ukierunkowanych  na  osiągnięcie 
zadanego  celu.  Przykładem  działania  wg  takiej  koncepcji  jest  robot 
zaopatrzony w system wizyjny.

  Bez  systemu  wizyjnego  robot  może  wykonywać  szybko  i  sprawnie  różne 
manipulacje 

(na 

przykład 

montować 

określone 

urządzenia 

poszczególnych  części),  ale  elementy,  których  ma  używać,  muszą  mu  być 
podane  w  ściśle  określonym  miejscu  i  w  ściśle  określonej  orientacji 
przestrzennej.  To  komplikuje  stanowisko,  gdyż  magazyny  i    podajniki 
zajmują miejsce na hali i wymagają obsługi operatorskiej. 

Natomiast  robot  wyposażony  w  system  wizyjny  sam  potrafi  zlokalizować 
obiekty,  sam  rozpozna,  których  z  nich  powinien  użyć,  sam  ustali,  jak  je 
powinien pochwycić, sam je ustawi we właściwym położeniu i odpowiednio 
je  dopasuje  do  pozostałych  elementów  montowanej  konstrukcji,  która 
także może się pojawić w dowolnym miejscu jego przestrzeni roboczej.

background image

 

 

background image

 

 

background image

 

 

Programy  systemów  opartych  o  schemat  działania 

adaptacyjnego  często  należą  do  metod  sztucznej 
inteligencji.  Spośród  znanych  i  stosowanych  obecnie 
metod sztucznej inteligencji można wymienić następujące:

 Systemy  eksperckie,  zwane  też  ekspertowymi  lub 

doradczymi.

 Metody  oparte  o  mechanizm  wnioskowania  rozmytego 

wykorzystujące teorię zbiorów rozmytych i logikę rozmytą 
(Fuzzy Logic).

 Sztuczne sieci neuronowe.
 Metody wykorzystujące algorytmy genetyczne. 
 Systemy agentowe i wieloagentowe

background image

 

 

Świat

zewnętrzny

Planowanie

działań robota

Sterowanie

napędami

ROBOT

Przetwarzanie

informacji

Wiedza

abstrakcyjna

Model świata

Wiedza o celach

Gromadzenie

i korekcja wiedzy

Sensory

Podsystem reprezentacji

wiedzy

Podsystem

percepcji

Podsystem

planowania

i wykonania

działań

Inteligentnym nazywa się system, który ma zdolność 
uczenia się. Schemat lub dokładna (algorytmiczna) 
metoda  działania nie jest znana a priori a system 
potrafi wybrać działanie adekwatne do posiadanej 
wiedzy i aktualnej sytuacji w świecie zewnętrznym.

Schemat działania takiego systemu pokazano na 
rysunku.

Po drugie

background image

 

 

Wiedza abstrakcyjna, czyli informacja o pewnych ogólnych prawidłowościach 

istniejących  zarówno  w  zewnętrznym  jak  i  w  wewnętrznym  świecie 
inteligentnego  robota.  Informacje  te  zazwyczaj  traktowane  są  jako 
względnie  stałe.  Należą  do  nich  np.  prawidłowości  fizyczne  istniejące  w 
świecie zewnętrznym.

Wiedza  o  celach  to  informacje  o  celach  globalnych,  które  robot  powinien 

osiągnąć  w  procesie  swego  funkcjonowania,  a  także  o  sposobach  ich 
dekompozycji na cele lokalne realizowane na etapach przejściowych.

Modele świata zewnętrznego to opis formalny wiedzy o środowisku, w którym 

funkcjonuje robot, uformowany i przekazany robotowi przed rozpoczęciem 
jego  pracy.  W  wielu  przypadkach  nie  udaje  się  zbudować  wcześniej 
modelu świata zewnętrznego o dostatecznie dużym stopniu dokładności i 
zupełności informacji.

background image

 

 

Wymagania, jakie stawia się przed systemami reprezentacji wiedzy:

“wyrozumiałość” w stosunku do braku zupełności oraz do sprzeczności 
informacyjnej; niedoskonałość systemów percepcji, a także ograniczone 
doświadczenie powodują, że wiedza inteligentnego robota o świecie jest 
niepełna i niedokładna - system reprezentacji wiedzy powinien być tak 
zbudowany, ażeby robot nie przestawał funkcjonować w sytuacji, kiedy 
zostanie wykryta niezupełność lub niedokładność jego wiedzy; możliwe 
jest tylko wtedy pewne chwilowe obniżenie wydajności pracy,

krytycyzm w stosunku do nowej informacji; krytycyzm inteligentnego 
robota oznacza zdolność do kontrolowania zgodności informacji z 
informacją już zgromadzoną oraz do podjęcia decyzji o jej wiarygodności,

uczenie się oraz korekcja wiedzy; uczenie się oraz zdolność do korekcji 
wspólnie z mechanizmem krytycyzmu umożliwia wzbogacenie wiedzy i 
zwiększenie jej wiarygodności.

background image

 

 

Obszary zastosowania metod sztucznej inteligencji w 

sterowaniu robotami ich rolą w produkcji przemysłowej 
określić można następująco:

Przejmowanie funkcji klasycznych regulatorów typu PID 
przez regulatory rozmyte.

Diagnozowanie maszyn i układów elektronicznych, gdzie 
znalazły zastosowanie metody eksperckie, sieci 
neuronowe i zbiory rozmyte.

Planowanie, harmonogramowanie, dobór strategii 
działania oraz sterowanie elastycznych zrobotyzowanych 
systemów produkcyjnych.

Klasyfikacja, analiza i rozpoznawanie obrazów z 
zastosowaniem sieci neuronowych.

Modelowanie układów mechanicznych robotów.

background image

 

 

9.3. Układy sterowania ruchem człowieka, a układy 

sterowania robota 

Układ  sterowania  ruchem  zwierząt  wyższych  jest  modelem  systemu 

sterowania  ruchem  dla  robotów  i  manipulatorów.  Pomimo  licznych 
kontrowersji  wiemy  już  dzisiaj  sporo  o  jego  strukturze  i  znamy  pewne 
zasady  działania.  Rezultaty  bardzo  licznych  badań  nad  ośrodkami 
nerwowymi  związanymi  ze  sterowaniem  ruchem  doprowadziły  do 
ustalenia  poglądów  na  temat  ich  lokalizacji  i  powiązań,  pozostały 
natomiast  liczne  niejasności  na  temat  funkcji  poszczególnych 
ośrodków. Obecnie przyjmuje się, że jest to struktura hierarchiczna, w 
której 

zazwyczaj 

wyróżnia 

się 

pięć 

poziomów 

hierarchii 

oddziaływaniami  pomiędzy  sąsiadującymi  poziomami  oraz  licznymi 
bezpośrednimi  połączeniami  nawet  poprzez  kilka  poziomów,  co  ma 
istotny wpływ na dokładność i szybkość przepływu informacji.

background image

 

 

Pierwszym poziomem jest ośrodek nadrzędny - kora mózgowa

będąca układem asocjacyjno-decyzyjnym, w którym następuje ustalenie:

celu ruchu w formie rozkazu uruchamiającego specjalny program 
wykonywania poszczególnych faz ruchu,

kryterium optymalności, które ustala m.in. sposób wykonania ruchu,

ograniczeń związanych z oceną istniejącej sytuacji.

Drugi poziom hierarchii to zespół jąder podkorowych

 będący ośrodkiem 

programującym, koordynującym i generującym stereotypy ruchowe.

Poziom trzeci to zespół ośrodków nadrdzeniowych

 głównie w pniu 

mózgu oraz móżdżek tworzący ośrodek koordynacyjno-decyzyjny 
zapewniający właściwą dynamikę ruchu. 

Poziom czwarty tworzy rdzeń kręgowy

 wraz z nerwami obwodowymi 

odpowiadającymi za właściwą współpracę odpowiednich grup 
mięśniowych. 

Na poziomie piątym

 – najniższym znajdują się zespoły pętli obwodowo-

rdzeniowych obejmujących neurony znajdujące się w rdzeniu, mięśnie oraz 
odpowiednie czujniki położenia, szybkości i sił zapewniające optymalny lub 
prawie optymalny skurcz mięśnia. 

Należy jednak pamiętać, że podział ten nie jest stały, a funkcje 

poszczególnych szczebli często uzupełniają się bądź nakładają

background image

 

 

Analiza ruchów realizowanych przez organizmy żywe pozwala na 

wydzielenie dwóch typów zadań ruchowych:

Pierwszy typ to ruchy stereotypowe, w których odpowiedni sygnał (np. 
nazwa ruchu), powoduje uruchomienie odpowiedniego zestawu 
sygnałów dających w wyniku żądaną trajektorię ruchu. Z badań 
neurofizjologicznych wiadomo, że dzięki ogromnej liczbie połączeń 
tworzących złożone pętle, w układach piramidowych i 
pozapiramidowych (są to drogi połączeń między nadrzędnymi a 
niższymi ośrodkami) zakodowanych jest wiele różnych zestawów 
ruchów i stereotypów przestrzenno-czasowych. 

Typ drugi, to ruchy zmienne nadrzędnie korygowane na bieżąco, na 
ogół pod kontrolą wzroku i oceną przebiegu ruchu przez układ 
asocjacyjno-decyzyjny. Ruchy te mogą także zawierać pewne 
stereotypowe składowe jako elementy do budowy ruchów złożonych. 
Sygnały sterujące wypracowane na wyższych szczeblach hierarchii 
docierają drogami piramidowymi i pozapiramidowymi do rdzenia, 
ustawiając parametry i uruchamiając pętle obwodowo-rdzeniowe 
tworzące układy sprzężenia zwrotnego sterujące skurczem 
odpowiednich mięśni. 


Document Outline