روبات های هوشمند

روبات های هوشمند

اسلاید 1: روبات های هوشمندتهیه کننده : محمد مهدی حسین آقائی به نام حق

اسلاید 2: روبات چیست؟موسسه بین المللی استاندارد روبات را بصورت زیر تعریف کرده است:روبات وسیله ای است که بصورت خودکار کنترل شود، قابل برنامه ریزی مجدد باشد، چند منظوره بوده و با داشتن چندین درجه آزادی قدرت جابجائی داشته باشد. روبات میتواند متحرک و یا ثابت باشد.

اسلاید 3: اهمیت روباتها امروزه روباتها در انجام بسیاری از کارها به کمک انسان آمده و در برخی کارها نیز جایگزین آدمی گشته اند از جمله: کار در کارخانه، اکتشافات فضائی، جراحی، بصورت دست آموز خانگی! و....بطور کلی روباتها در کارهائی استفاده میشوند که خطرناک بوده ( مثل نیروگاههای هسته ای)، مشکل و تکراری باشند (مثل اغلب کار کارخانه ها) و محیط های کثیف (مثل داخل لوله ها).

اسلاید 4: روباتیک چیست؟علم مطالعه روباتها را روباتیک مینامند. تعریف جامعتر این علم را میتوان بصورت زیر نیز بازگو نمود:روباتیک عبارت است از ارتباط هوشمندانه بین ادراک و عمل

اسلاید 5: اجزا یک سیستم روباتیکساختار مکانیکی شامل:اتصالات بازو وبدنه، چرخهامحرک ها ئی که باعث حرکت روبوت میشوند نظیرموتورها سنسورهای مختلف برای ادراک محیط پیرامون روباتها نظیر: سنسورهای فاصله، دوربین، لیزر و غیرهیک کنترلر کامپیوتری که سیگنالهای سنسورها را خوانده و با پردازش اطلاعات بتواند فرامین لازمه را برای محرک ها ایجاد نماید.

اسلاید 6: روبات هوشمندکدامیک هوشمندترند؟

اسلاید 7: روبات هوشمندیک تعریف کلی از روبات هوشمند عبارت است از:یک ماشین قابل برنامه ریزی که بتواند عمل یک موجود هوشمند نظیر انسان را تقلید کند

اسلاید 8: روباتیک و هوش مصنوعیروباتیک یکی از مهمترین زمینه های استفاده عملی از تکنیک های هوش مصنوعی است.در واقع یک روبات هوشمند برای انجام هوشمندانه اعمال خود ناگزیر است بسیاری از این روش ها را به خدمت بگیرد:Learning, planning, reasoning, problem solving, knowledge representation, computer vision

اسلاید 9: روبات صنعتی هوشمند

اسلاید 10: توانائی های روبات آدم نماروباتهائی مثل ASIMO قادرند :در محیط های واقعی عمل کننداشیا را جابجا کننددر محیطی که برای انسان ساخته شده است راه بروند ، از پله ها بالا رفته و روی صندلی بنشینندچهره انسان ها را شناخته و به خاطر بسپارند.با انسان مکالمه کرده و فرامین او را اجرا نمایند...

اسلاید 11: کاربرد روبات هوشمند

اسلاید 12: اعمال اصلی یک روبات هوشمندSenseActPlan

اسلاید 13: روشهای مختلف تعامل روبات با محیطSENSEPLANACTSENSEACTSENSEPLANACTHierarchicalReactiveHybrid

اسلاید 14: سیر تحول در کنترل روباتReactive Paradigm (mid-80’s)بدون مدلبشدت وابسته به حس دقیق محیط بودProbabilistic Robotics (since mid-90’s) ترکیب مدل و حس کردنمدل غیر دقیق، حس کردن غیردقیقHybrids (since 90’s) در سطوح بالا از مدل استفاده میشوددر سطوح پائین واکنشی عمل میکندClassical Robotics (mid-70’s)مدل دقیقنیازی به حس کردن نبود

اسلاید 15: سنسورهای روباتهای هوشمند Visionبرای دریافت محیط پیرامون Voice برای صحبت با آدمی Tactile برای حس وحود اشیا در سر راه مسیر Force برای تشخیص نیرو در کاربردهائی نظیر مونتاژ Laser برای اندازه گیری فاصله و تشخیص موانع....

اسلاید 16: یادگیری در روباتاگرچه روباتهائی مثل ASIMO کارهای شگفت انگیزی میکنند اما قادر نیستند یادگیری بکنند.یک روبات باید بتواند در تعامل با محیط و در اثر تجربه یادگیری نماید

اسلاید 17: روشهای یادگیریشبکه عصبيدرخت تصمیمیادگیری تقویتیالگوریتم ژنتیک

اسلاید 18: اهميت يادگيریبي‌ترديد بايد گفت كه اهميت يادگيري در رشد آدمي بسي فراتر از چشم‌انداز انديشه‌هاي اوست. روان‌شناسان به تازگي به عظمت شكل‌پذيري نوع آدمي، حتي در سالهاي نخستين او پي برده و محقق ساخته‌اند كه عامل اصلي در اين شكل‌پذيري يادگيري است. به اعتقاد آنان هر رفتاري كه از ما سر مي‌زند معلول يادگيري است. به اين معنا كه يك رشته از يادگيريهاي ساده‌تر موجب يادگيريهاي پيچيده‌تر مي‌شوند. به علاوه چون محيط زندگي افراد آدمي همواره در معرض تغيير است. انسان براي غلبه بر اين دگرگونيها ناچار از يادگيري است.

اسلاید 19: ماهيت يادگيری يادگيري در واقع هم يك رشته فرايند است و هم فرآورده تجربه‌ها. بعضي از فرايندهايي كه در داد و ستد بين موجود آدمي و محيط انجام مي‌گيرد عبارتند از احساس و ادراك، يادآوري، نمادسازي، انديشه‌هاي مجرد و تخيلي و سرانجام رفتار. يادگيري در حقيقت داراي مفهوم بسيار گسترده‌اي است كه در قالبهاي دگرگوني، عادت شكني، ايجاد علاقه، نگرشهاي نو، درك ارزش، ذوق و سليقه و پيشداوري يا جب و بغض پديدار مي‌شود. همچنين، شيوه تركيب و كاربرد معلومات در استدلال،‌تفكر، نظريه‌پردازي، حل مسئله، احساس و عواطف عميق انساني، خودشناسي و دگرگونيهايي كه در كل شخصيت به وجود مي‌آيند همه از يادگيري مايه مي‌گيرند

اسلاید 20: تعريف يادگيری تعريفهاي گوناگوني كه درباره يادگيري انجام گرفته نشان مي‌دهند كه هنوز تعريف جامع و يكدستي كه براي همه روان‌شناسان با نظريه‌هاي مختلف پذيرفتني باشد به دست نيامده است. اما بسياري از روان‌شناسان و پرورشكاران معتقدند كه « يادگيري تغييري است كه بر اثر تجربه يا آموزش در رفتار موجود زنده پديد مي‌آيد ». در اين تعريف مهمترين واژه‌اي كه نظر را به خود جلب مي‌كند واژه تغيير است. زيرا رفتار فرد در زماني كه چيزي نياموخته با زماني كه آن چيز را، آموخته است تفاوت دارد. واژه مهم ديگر رفتار است. زيرا تغيير رفتار با ابعاد بدني مانند طول و عرض و قد و وزن بدني ارتباط ندارد، بلكه بيشتر معلوم يادگيري است، نه دگرگونيهاي بدني.

اسلاید 21: روان‌شناسان عصب‌گرا ويادگيریبا توجه به موارد بالا تا میتوان گفت که يادگيري داراي دو تعريف است: يكي به تغيير رفتار نمايان و ديگري به استعداد يا توانمندي در پاسخ دادن اختصاص مي‌يابد. اما روان‌شناسان عصب‌گرا يادگيري را تغيير در ساختار فيزيولوژي اعصاب مي‌دانند كه از استعداد ابزار پاسخ پديد مي‌آيد. دكتر هب يك رشته بررسيهايي درباره كاركرد اعصبا مركزي در رابطه با يادگيري به مضمون زير انجام داده كه در خور اهميت است: يادگيري، فرايند ايجاد سير يا مدار عصبي نسبتاً پايدار از طريق فعاليت خود به خود در مدارهاي موجود است. وقتي فعاليتي صورت مي‌گيرد حالت تغيير در ساخت سلولها و مدارهاي عصبي ايجاد مي‌شود و پاسخ مربوط به اثر برانگيختگي و تكرار به آساني دريافت مي‌شود. با ملاحظه تعريفهاي سه‌گانه بالا درباره يادگيري، مورد اول و دوم در بررسيهاي روان‌شناسي امروزي داراي اهميت بيشتري است، اما مورد سوم از اعتبار علمي خاصي برخوردار است.

اسلاید 22: یادگیری تقویتیدر یک مسئله یادگیری تقویتی با عاملی روبرو هستیم که از طریق سعی و خطا با محیط تعامل کرده و یاد میگیرد تا عملی بهینه را برای رسیدن به هدف انتخاب نماید.

اسلاید 23: یادگیری تقویتییادگیری تقویتی از اینرو مورد توجه است که راهی برای آموزش عاملها برای انجام یک عمل از طریق دادن پاداش و تنبیه است بدون اینکه لازم باشد نحوه انجام عمل را برای عامل مشخص نمائیم.دو استراتژی اصلی برای اینکار وجود دارد:یکی استفاده از الگوریتم های ژنتیکیو دیگری استفاده از روشهای آماری و dynamic programming در RL روش دوم مد نظر است.

اسلاید 24: یادگیری تقویتیمحیط مجموعه ای از S حالت ممکن است.در هر لحظه t عامل میتواند یکی از A عمل ممکن را انجام دهد.عامل ممکن است در مقابل عمل و یا مجموعه ای از اعمالی که انجام میدهد پاداش r را دریافت کند. این پاداش ممکن است مثبت و یا منفی )تنبیه(باشدs9s5s4s2………s3+50-1-1+3r9r5r4r1s1a9a5a4a2…a3a1

اسلاید 25: یادگیری تقویتیعامل در محیط حرکت کرده و حالتها و پاداشهای مربوطه را به خاطر می سپارد.عامل سعی میکند طوری رفتار کند که تابع پاداش را ماکزیمم نماید.s9s5s4s2………s3+50-1-1+3r9r5r4r1s1a9a5a4a2…a3a1

اسلاید 26: یادگیری تقویتیپاداش Rt مجموع پاداشی است که عامل با گذشت زمانt جمع کرده است.+50-1-1+3r9r5r4r1

اسلاید 27: مثال: یادگیری حرکت در یک محیط ناشناخته

اسلاید 28: زمینه های تحقیقاتی Vision دربافت اطلاعات به روش بینائی Voiceفهم زبان و صحبت طبیعی با انسانبوجود آوردن قابلیت های مختلف برای انجام عملیات گوناگونبوجود آوردن امکان حرکت در محیط های طبیعیحس محیطتصمیم گیرییادگیریهوش مصنوعی

اسلاید 29: روبات هوشمند دردانشگاههاRobot learning Reinforcement learning Robot navigation Evolutionary Computation applied to robotics Cognitive Robotics Robot VisionBiologically inspired RoboticsHuman Robot InteractionRobot Preception

اسلاید 30: روبات هوشمند دردانشگاههاMechanism; How to design mechanical structures with capabilities for performing actions Driving actuatorsIntelligent sensors

اسلاید 31: روبات هوشمند دردانشگاههاApplications; Tasks robotics depend on application fields such as:industries, Space and planetary flying robotsmedical surgery tele-operationBiologically inspired

اسلاید 32: روبات هوشمند دردانشگاههاRobot Control;Efficient robot control and learning based on computational neuroscience modelsObject manipulation tasks in dynamically changing environments

اسلاید 33: بازار مصرفشرکت های بسیاز زیادی در پی ساخت روباتهای هوشمند هستند.پیش بینی شده است که یکی از 10 زمینه پولساز برای صنعت آینده روباهای هوشمند خواهد بود.

اسلاید 34: سوالاتی برای آیندهنقش روبات هوشمند در دنیای فردا چیست؟مردم چگونه با روباتها ارتباط برقرار خواهند کرد.حق و حقوق روبات انسان نما در جامعه چیست؟آیا روباتهای آدم نما دارای احساس انسانی خواهند بود؟تبعات اخلاقی وجود روبات آدم نما در جامعه چیست؟و....

اسلاید 35: روبات خانگییکی از مهمترین کاربردهای روبات در آینده مصارف خانگی خواهد بود. یکی از مشکلات برخی کشورهای صنعتی در قرن 21 پیری جمعیت و کاهش نیروی کار است ( در 2020 ، 25% جمعیت ژاپن بالای 65 سال سن خواهند داشت)این امر باعث شده تا تحقیقات فراوانی تحت عنوان Human friendly Robotics برای ساختن روباتهائی که قادر به زندگی در محیط های انسانی باشند به انجام برسند.

اسلاید 36: جواب دهید؟آیا روبات های آینده باید شبیه انسان باشند؟

اسلاید 37: روبات خانگیاین پروژه در ژاپن در سال 1999 انجام شده است.انگیزه:جامعه ژاپن سالخورده است. بسیاری از آنها تنها زندگی میکنند.روبات خانگی می تواند کیفیت زندگی سالمندان را افزایش دهد:فراهم آوردن خدمات، مصاحبت و رفع تنهائی

اسلاید 38: روبات خانگیاهداف پروژه:پاسخ به سه سوال اساسی در روباتیک:مکان یابی روباتپیدا کردن هدفساختن نقشه محیط و حرکت به سمت هدفHRPS Positioning SystemHuman LocalizationInteractive Map Learning

اسلاید 39: مکان یابیHome Robot Positioning Systemاستفاده همزمان از سنسورهای نوری و صوتی

اسلاید 40: یافتن هدفمهمترین هدف: پیدا کردن آدمی در محیط اتاقاستفاده از اطلاعات :رنگ صورتحرکتشکل سر

اسلاید 41: IRHuman Localization OverviewImageSkin Color InformationMotion AnalysisShape AnalysisDepth measurement Using Auto focusActive Camera Control By Fuzzy ControllerAutofocus ParameterModelCameraFace Position in ImageFace Detection

اسلاید 42: مثالی از تشخیص چهره توسط روبات

اسلاید 43: ساختن نقشه محیطتکنولوژی موجود امکان شناسائی خودکار تمام اشیا موجود در محیط را فراهم نمیآورد.با این وجود روبات میتواند از طریق تعامل با انسان اطلاعات مختلفی را از محیط جمع آوری کرده و از آنها در ساختن نقشه محیط استفاده نماید.اینکار نیاز به توانائی مکالمه با انسان دارد.

اسلاید 44: تعامل انسان و روبات برای ساختن نقشه محیطانسان سعی میکند تا با استفاده از مکالمه و اشارات دست محل اشیا و اسامی و سایر مشخصات آنها را به روبات تازه وارد معرفی نماید.روبات سعی میکند تا با پرسیدن سوالات مورد نیاز تمامی اطلاعات در مورد شئی معرفی شده را کسب و نقشه محیط را بسازد

اسلاید 45: سیستم در حال کار

اسلاید 46: روبوکاپ چيست؟RoboCup(Robot World Cup)مجموعه‌اي از مسابقات و کنفرانس‌ها، محيطي پژوهشي و آموزشيهدف اوليه: ايجاد تيمي از روبات‌هاي فوتباليست که در سال 2050 بتوانند تیم انسانها را شکست بدهندفعاليت‌هاي فعلي:کنفرانس‌هاي تخصصيکنفرانس و مسابقات جهاني روبوکاپبرنامه‌هاي تحصيليتوسعه زيرساخت‌هامجموعه مسابقات روبوکاپ

اسلاید 47: تاريخچه مسابقات روبوکاپ1992مطرح شدن ايدهء رباتهاي فوتباليست توسط پروفسورAlan Mackworth استاد دانشگاه British Columbiaمحققان ژاپني به صورت مستقل توسعه فوتبال ربات ها و سيستم شبيه سازي را بررسي کردند.1993برگزاري مسابقات Robot J-League در ژاپن توسط Minoru Asada، Yasuo Kuniyoshi و Hiroaki Kitanoاولين فراخوان مسابقات جهاني اعلان و قوانين اوليه مسابقات مشخص شد .توسعه نگارش صفر سرور فوتبال به زبان ليسپ و توسعه نگارش اول آن به زبان c++ توسط Ituski Noda 1995اولين نمايش عمومي سرور فوتبالتصميم به برگزاري مسابقات پيش روبوکاپ 1996 در کنفرانس IJCAIاعلان رسمي مسابقات 1997 در حاشيه کنفرانس IJCAI97

اسلاید 48: 1996 برگزاري کنفرانس IROS-96 در اساکا ژاپن و برگزاري مسابقات پيش روبوکاپ8 تيم در ليگ شبيه سازي شرکت کردند.نمايش ربات سايز متوسط1997نقطه ي عطفي در تاريخ هوش مصنوعي و رباتيکشکست قهرمان شطرنج جهان توسط IBM Deep Blueارسال اولين ربات مسيرياب به مريخ به نام Sojournerبرگزاري اولين مسابقات و کنفرانس رسمي روبوکاپ برگزاري مسابقات با حضور مجموع 40 تيم و 5000 شرکت کننده تاريخچه مسابقات روبوکاپ

اسلاید 49: اهداف مسابقات روبوکاپاهدافسرعت بخشيدن تحقيقات : وسيله‌اي براي سرعت بخشيدن تحقيقات در زمينه هوش مصنوعي و روباتيک با ارئه مسائلي جذاب و مشکلهدف نمادين : مشکل اما دست‌يافتني پروژه برجسته:نمونه: پروژه آپولوجان اف کندي در 1961: فرود يک انسان در ماه و بازگشت آن به سلامت به زمين جنبه اقتصادي و يا نظامي مستقيم در کار نيست. قدم کوچکي براي يک انسان و قدم بزرگي براي بشريتزيراهداف: تعريف هدف کلي روبوکاپ زير اهداف ديگري ايجاد مي‌کند.تعريف يک مسأله استاندارد: روبوکاپ مسأله اي استاندارد براي آزمايس تئوريها الگوريتم‌ها و معماريهاست.

اسلاید 50: سازمان روبوکاپفدراسيون روبوکاپمسئول برگزاري مسابقات رسمي و ساليانه روبوکاپسازماني بين المللي که در سوئيس ثبت شده است.داراي ريئس، هيت ريئسه و هيئت اجرايي مي باشد.ريس فعلي : Minoru Asada از دانشگاه اساکا ژاپنهيئت اجرايي شامل هيئت ريئسه و نمايندگان هر ليگ مي باشد.کميته هاي ملياسکانديناويآمريکافرانسهايتالياآلمانهلندسنگاپورژاپنايران

اسلاید 51: آشنايي با ليگ های مختلف روبوکاپليگ هاي رباتهاي واقعیليگ ربات هاي اندازه کوچکليگ ربات هاي اندازه متوسطليگ ربات های سونيليگ ربات های انسان نماليگ ربات هاي امدادليگ نوجوانانليگ هاي شبيه سازيشبیه سازی فوتبالشبیه سازی امداد

اسلاید 52: ليگ ربات هاي سوني-نماي کلي بازي

اسلاید 53: ليگ ربات هاي اندازه کوچک

اسلاید 54: ليگ ربات هاي اندازه متوسط - رباتويژگي هاي رباتفضاي اشغال شده توسط رباتاندازه ربات شکل رباتوزن رباتربات هاي سنگين تررنگ رباتشماره رباتTop markerارتباطاتمکانيزم کنترل توپ

اسلاید 55: ليگ ربات هاي انسان نما – پنالتی

اسلاید 56: ليگ ربات هاي امداد

اسلاید 57: ليگ نوجوانانمسابقاتفوتبالامدادحرکات موزون

اسلاید 58: ليگ هاي شبيه سازي ليگ شبيه سازي امدادليگ شبيه سازي فوتبالليگ دو بعديليگ سه بعديليگ مربيليگ ارائه

اسلاید 59: شبيه سازی روباتهای امدادمسائل و مشکلات عمليات امدادمديريت اطلاعاتجمع آوری اطلاعات دريافتی از مکان حادثهاعتبارسنجی داده هاايجاد مدلی به روز و کامل از وضعيت مکان حادثهمديريت منابع، نيروها، و استراتژی امدادمشخص کردن وظايف موجوداولويت دهی وظايفتخصيص نيرو، و منابع به وظايف مهمتعيين استراتژی انجام وظايفمحدوديت انسان به عنوان نيروی امداد

اسلاید 60: سناريوی شبيه سازیحالت عادیآتش سوزیخرابی ساختمانهاسوختن ساختمانهاصدمه مالیمصدوم شدن افرادمرگ شهروندانعدم دسترسی به نقاط مختلف شهرمدفون شدن شهروندانآوار بر جادهصدمه جانیگسترش آتشمسدود شدن جاده

اسلاید 61: عاملهای امدادعاملهای امدادنيروهای امداد و مراکز فرماندهی مستقر در محل حادثهدارای قابليتهای متفاوتهدف نهايیبه حداقل رساندن آسيبهای جانیبه حداقل رساندن آسيبهای مالیاز طريقجلوگيری از گسترش آتشيافتن مصدومين، نجات آنها از زير آوار و انتقال آنها به پناهگاهبرقراری جريان نرمال ترافيک شهری

اسلاید 62: مدلسازی حوادثاثرات زلزلهفرو ريختن ساختمانها(Brokenness)مسدود شدن جاده ها(Block)اثرات آتش سوزیسوختن ساختمانها(Fieryness)مصدوميت شهروندان و نيروها(Health Point)(Damage)(Buriedness)

اسلاید 63: با تشکر از توجه شما