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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1人工智能人工智能Artificial Intelligence单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*2第七章 机器人规划 7.1 机器人规划的作用与任务 7.2 积木机器的机器人规划 7.3 STRIPS规划系统 7.4 具有学习能力的规划系统 7.5 分层规划 7.6 基于专家系统的机器人规划 7.7 太空构件装配顺序规划 7.8 小结一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座 7.1 机器人规划的作用与任务 7.1.1 规划的作用与问题分解途径n规
2、划的概念及作用n规划的概念规划是一种重要的问题求解技术，它 从某个特定的问题状态出发，寻求一系列 行为动作，并建立一个操作序列，直到求 得目标状态为止。图7.1 子规划的分层结构例子工 作 日 规 划上午子规划中午子规划下午子规划吃夹心面包阅读写作回家去上班阅读文章Date3安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座n规划的作用规划可用来监控问题求解过程，并能够在造成 较大的危害之前发现差错。规划的好处可归纳为简 化搜索、解决目标矛盾以及为差错补偿提供基础。n问题分解途径及方法把某些比较复
3、杂的问题分解为一些比较小的子 问题。有两条能够实现这种分解的重要途径。n第一条重要途径是当从一个问题状态移动到下一 个状态时，无需计算整个新的状态，而只要考虑 状态中可能变化了的那些部分。n第二条重要途径是把单一的困难问题分割为几个 有希望的较为容易解决的子问题。Date4安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座7.1.2 机器人规划系统的任务与方法n在规划系统中，必须具有执行下列各项任务的方法：n根据最有效的启发信息，选择应用于下一步的最好规则。n 应用所选取的规则来计算由于应用该规则
4、而生成的新状 态。n 对所求得的解答进行检验。n 检验空端，以便舍弃它们，使系统的求解工作向着更有 效的方向进行。n 检验殆正确的解答，并应用具体的技术使之完全正确。Date5安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座 7.2 积木世界的机器人规划7.2.1 积木世界的机器人问题积木世界由一些有标 记的立方形积木，互相 堆迭在一起构成；机器 人有个可移动的机械手 ，它可以抓起积木块并 移动积木从一处至另一 处。CBA机械手Date6安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二
5、年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座n 在这个例子中机器人能够执行的动作(函数)举例如下：n unstack(a,b)：把堆放在积木b上的积木a拿起。在进行 这个动作之前，要求机器人的手为空手，而且积木a的 顶上是空的。n stack(a,b)：把积木a堆放在积木b上。动作之前要求机 械手必须已抓住积木a，而且积木b顶上必须是空的。n pickup(a)：从桌面上拾起积木a，并抓住它不放。在动 作之前要求机械手为空手，而且积木a顶上没有任何东 西。n putdown(a)：把积木a放置到桌面上。要求动作之前机 械手已抓住积木a。A CB机械
6、手Date7安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座研究内容是综合机器人的动作序列，即在某个给定初始情况下，经过某个动作序列而达到指定的目标。机器人问题的状态描述和目标描述均可用谓词逻辑公式构成：n ON(a,b)：积木a在积木b之上。n ONTABLE(a)：积木a在桌面上。n CLEAR(a)：积木a顶上没有任何东西。n HOLDING(a)：机械手正抓住积木a。n HANDEMPTY：机械手为空手。Date8安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件
7、土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座图7.1(a)所示为初始布局的机器人问题。目标在于建立一个积木堆，其中，积木B堆在积木 C上面，积木 A又堆在积木B上面，如图7.1(b)所示 。C BA机械手A B C机械手（a）初始布局 （b）目标布局图7.1 积木世界的机器人问题Date9安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座初始布局可由下列谓词公式的合取来表示： vCLEAR(B)：积木B顶部为空 vCLEAR(C)：积木C顶部为空 vON(C,A)：积
8、木C堆在积木A上 vONTABLE(A)：积木A置于桌面上 vONTABLE(B)：积木B置于桌面上 vHANDEMPTY：机械手为空手 目标布局: vON(B,C) vON(A,B) vHANDEMPTY vCLEAR(A) vONTABLE(C)AC BCBADate10安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座7.2.2 用F规则求解规划序列STRIPS规划系统的规则由3部分组成：n 第一部分是先决条件。n第二部分是一个叫做删除表的谓词。n第三部分叫做添加表。Date11安徽大学 计
9、算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座n例：表示堆积木的例子中move这个动作，如下所示 ：move(x,y,z)：把物体x从物体y上面移到物体z上面 。先决条件：CLEAR(x), CLEAR(z)，ON(x,y)删除表： ON(x,y)， CLEAR(z) 添加表： ON(x,z)， CLEAR(y)n如果move为此机器人仅有的操作符或适用动作，那 么，可以生成如图7.2所示的搜索图或搜索树。CLEAR(X) CLEAR(Z) ON(X,Y) ONTABLE(Y) ONTABLE(Z)CLE
10、AR(X) CLEAR(Y) ON(X,Z) ONTABLE(Y) ONTABLE(z)move(X,Y,Z)图7.2 表示move动作的搜索树 Date12安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座机器人的4个动作(或操作符)可用STRIPS形式表示如下： n stack(X,Y)先决条件和删除表： HOLDING(X)CLEAR(Y)添加表： HANDEMPTY，ON(X,Y) n unstack(X,Y)先决条件： HANDEMPTYON(X,Y)CLEAR(X)删除表： ON(X,
11、Y)，HANDEMPTY添加表： HOLDING(X)，CLEAR(Y) n pickup(X)先决条件：ONTABLE(X)CLEAR(X)HANDEMPTY删除表： ONTABLE(X)HANDENPTY添加表： HOLDING(X) n putdown(X)先决条件和删除表： HOLDING(X)添加表： ONTABLE(X)，HANDEMPTYDate13安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座积木世界状态空间ABCABCABCABCAB CAB CABC ABCA BCA BC
12、AB CA B CABCC B AA BCA C BABCB C AAB CB A CA BCC A BDate14安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座从初始状态开始，正向地依次读出连接弧线上 的F规则，我们就得到一个能够达到目标状态的动作 序列（如图7.3中粗线所示）于下：unstack(C,A), putdown(C), pickup(B), stack(B,C), pickup(A), stack(A,B)就把这个动作序列叫做达到这个积木世界机器人问题目标的规划。Date15安
13、徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座 7.3 STRIPS规划系统nSTRIPS的介绍STRIPS是由Fikes、Hart和Nilsson3人在1981及 1982研究成功的，它是夏凯(Shakey)机器人程序控制 系统的一个组成部分。nSTRIPS系统组成 v 世界模型：为一阶谓词演算公式； v 操作符(F规则)：包括先决条件、删除表和添加表； v 操作方法：应用状态空间表示和中间-结局分析。Date16安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其
14、进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座 7.4 具有学习能力的规划系统n PULP-机器人规划系统PULP-机器人规划系统是一种具有学习能力的 系统，它采用管理式学习，其作用原理是建立在类 比(analogue)的基础上的。n STRIPS的弱点需要极其大量计算机内存和时间等。应用具有学习能力的规划系统能够克服这一缺点。Date17安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座 7.4.1 PULP-系统的结构与操作方式n PULP-系统的结构“字典”是英语词汇的
15、集合。 “模型”部分包括模型世界 物体现有状态的事实。 “过程”集中了予先准备好的过程知识。 “方块”集中了LISP程序，它配合“规划”对“模型”进行搜 索和修正。SENEF 程序规划与学习字典模型过程方块响应输入图 7.11 PULP-系统的总体结构 Date18安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座n PULP-系统的操作方式PULP-系统具有两种操作方式：n 学习方式 在学习方式下，输入 至系统的知识是由操作人 员或者所谓“教师”提供 的。图7.15表示出在学习 方式下的系统操作
16、。 存储任务分析方块匹配过程分解学习教师输入任务知识响应图7.12 学习方式下PULP-系统的结构 Date19安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座n规划方式当某个命令句子 送入系统时， PULP-就进入 规划方式。上图 表示PULP-系统在 规划方式下的结构。检索混合规划方块目标检 验匹配单一规划规划 输入命令响应过程模型图7.13 规划方式下PULP-系统的结构 Date20安徽大学 计算机科学与技术学院一年级语文下册课件美的回答二年级音乐下册课件土耳其进行曲2013届中考英语语法讲解复习课件城市绿化植树工程施工规范讲座 7.6 基于专家系统的机器人规划n 机器人规划专家系统就是用专家系统的结构和技术 建立起来的机器人规划
