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机器人前沿

如何实现机器人对物体的感觉和认识

信息来源:THINK浏览次数:2660发布时间:2014-7-2 21:33:11

动物在进化过程中首先进化出用触觉感觉、识别物体,在眼睛没有出现之前, 动物就能够通过触觉来认识和识别外界物体,眼睛的出现使动物通过对眼中物体图像的触摸不用与外界物体接触就能够认识和识别外界物体,可以说眼睛是在原始触觉的基础上进化出的一种更高级的触觉工具,我们要来研究机器人对物体的感觉、认识和识别,首先我们要制造一种只有手没有眼睛的机器人,让这种机器人只通过手对物体的触摸就能够感觉、认识和识别物体,然后我们再给机器人安装眼睛,这样机器人就能够用眼来感觉、认识和识别外界物体了。在这里我们先不去研究机器人的眼睛,所以这里要研究的机器人是一个没有眼睛的机器人,在机器人的双手上安装触摸传感器,机器人的电脑中制作或形成一个机器人自身图形,当机器人运动时机器人脑中的自身图形与机器人做相同的运动,机器人只能知道脑中的物体图形,机器人的手运动时脑中的图形手也做相同的运动,当机器人用手触摸一个物体时,通过机器人手上的传感器将触摸信号传入到脑中的图形手相对应的位置上,这时机器人的脑就感觉到手触摸到了这个物体。

由于有了图形公式所以我们在计算机里能够利用图形公式来制作图形,但机算机并不能真正地通过图形公式来认识图形,如:机器人脑中的机算机能够很快识别其中符合图形公式的标准图形,但对于环境中物体在脑中形成的自然图形很难识别,这样看来我们要制造能够识别任意图形的机器人就必须放弃这种完全利用图形公式制作图形的方法,实际如果机器人能够通过对物体的接触在机器人脑中形成并记忆一种有感觉的物体图形,这样机器人就能感觉和识别外界的物体在机器人脑中形成的物体图形。现在我们需要制造一个有两只手没有眼睛的机器人,来研究机器人如何通过手对物体的触摸,在机器人脑中形成有感觉的物体触摸图形的方法。
首先机器人应该对手每一时刻的位置十分清楚,只有这样机器人才能通过手对物体的触摸在脑中形成物体的触摸图形,也只有这样机器人才能通过对脑中物体图形的触摸来感觉脑中的物体图形。我们能够制造出一双灵活的机器人手臂,我们知道要控制一个物体的空间运动需要对x、y、z即左右、上下、前后(这里用x、y、 z来表示左右、上下、前后)三个方向的运动数值进行控制,机器人通过控制手运动的x、y、z上的数值变化能够知道手每一时刻的位置,当机器人用手触摸一个物体时触摸信号传入到机器人脑中与机器人手做相同运动的自身图形手上,这样机器人用手触摸一个物体时机器人脑中的自身图形手按照x、y、z的数值变化就在机器人脑中画出并记忆了这个物体图形,
实际机器人对触摸图形的记忆是对图形的形状和各种感觉的综合记忆,当机器人用手触摸一个物体时这个物体的触摸图形就会在脑中出现,这时只要机器人用手拿住这个物体做各种运动,机器人脑中的自身图形手也拿着这个物体图形在脑中做相同的运动,这个机器人并没有眼睛,这样就不存在通过眼在脑中形成了这一运动的过程,这时我们会发现物体图形和与它接触的图形手的位置加上图形手的转动角度能够确定这一物体图形在机器人脑中的任何位置,这说明机器人的脑中能够通过记忆图形手的各种位置来记忆这个物体图形在机器人脑中的所有位置,我们还发现将这一物体图形换成其它物体图形机器人脑中就有了其它物体图形的所有位置,这样只要机器人脑中记忆了机器人图形手的各种位置,机器人脑中就有了各种物体图形的位置。这说明机器人脑中的物体图形的各种位置能够通过机器人脑中的自身图形手让机器人的脑知道,机器人脑中连接在一起的物体图形具有位置的传递性,这样机器人就能够通过记忆控制机器人手运动的x、y、z知道任何一个物体图形在机器人脑中的任何位置。

我们把左右、竖直、前后即x.y.z方向的数值变化作为机器人对方向的感觉,机器人在用手触摸图一中的图形过程中,在y方向的数值先均匀增加然后突然变为均匀减少,这时机器人感觉到触摸到的图形是一个向上凸起的角,当触摸图二、图三、中的图形时机器人感觉到触摸到了越来越凸起的角,机器人感觉到触摸到的图形的角越来越尖,在图四中是图一中的图形向图三中的图形变化的过程,这时机器人通过手的触摸感觉到图四中的角越来越尖,机器人能够感觉图形的变化,这时给机器人加入力的数值变化机器人就能感觉物体的软硬和物体受力的变形过程,机器人应该通过手对物体的触摸在机器人脑中记忆各种物体图形和对物体图形触摸的不同感觉同时还要记忆感觉到的各种物体图形的变化,很多复杂的物体图形都是由简单的物体图形构成,所以机器人可以通过记忆简单物体图形的位置和各种变化来记忆复杂的物体图形。

如果通过眼睛在机器人脑中形成了物体图形,那么这个物体图形的大小会随着物体离机器人的远近而变化,但通过机器人的手在机器人脑中形成的同一个物体图形不会随着物体离机器人的远近而变化,这样机器人不论在哪个位置触摸到了一个熟悉的物体时机器人都能很快感觉、认识和识别出这个物体。

我们在机器人脑中的自身图形的脑中确定一个点,从这个点发出一条射线,这条射线的前端是机器人的注意点,注意点的形状、大小随触摸到的物体而变化,如:有一个圆圈中间有一个点,机器人用手触摸中间的圆点这时注意点上就是这个圆点的图形,机器人用手触摸圆点外的圆圈这时注意点上就是圆圈的图形,机器人在注意点上对物体的触摸图形进行记忆,反过来机器人脑中记忆的各种物体触摸图形都能够按照需要出现在注意点上,既然机器人的脑能够指挥机器人脑中的自身图形手运动,那么机器人的脑就一样能够指挥脑中任意提取出的图形手或其它物体图形运动,这样机器人就能够在注意点上提取出一个图形手来触摸机器人脑中任意出现的物体图形,对事情进行回忆和思考,机器人脑中的注意点将引导机器人的行动。

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