Інтелектуальна підтримка функціонування промислових роботів у реальному часі

Машинний інтелект і робототехніка. Основу будь-якого робота становить його «тіло» (рис 10.6 блок 7), тобто сукупність механічних, електромеханічних, пневматичних та інших пристроїв, що забезпечують його властивості на міцність і несучі властивості (шасі, кожухи), здатність переміщуватися в просторі (колеса, гусениці, «ноги» і їх приводи) і впливати на об’єкти зовнішнього світу (ефектори − маніпулятори, штовхачі, захвати). На шасі розташовують пристрої сприйняття інформації із середовища (сенсори), пристрої управління і різні допоміжні пристрої, що розглядаються як фізичні об’єкти. Залежно від призначення робота склад його «тіла» може змінюватися.

Рис 10.6. Структурна схема робота з елементами штучного інтелекту

Неодмінним компонентом робота є система управління, яку називають «жорсткою» (блок 6). Вона містить незмінну програму або логічні пристрої, які управляють роботою приводів ефекторів, і може бути також представлена сукупністю вимикачів, упорів і т. ін. Якщо робот забезпечений більш розвиненою системою управління, «жорстка система» становить її нижній рівень.

Система сприйняття (блок 1) включає датчики, які контролюють стан «тіла» робота, і параметри зовнішньої ситуації, в якій він перебуває. Сюди можуть входити також розвинені системи технічного зору, що містять оптичні, ультразвукові, телевізійні і та інші пристрої. Всі вони становлять набір сенсорів робота. Система сприйняття включає також засоби попередньої обробки інформації, що надходить від сенсорів, і засоби інтерпретації цієї інформації. Під інтерпретацією розуміють «переклад» мови вихідних сигналів сенсорів на мову опису об’єктів і станів зовнішнього середовища. Інтерпретація здійснюється за допомогою знань про зовнішній світ і «тіло» робота, що зберігається в блоці 2. Інтерпретовані повідомлення або надходять до людини-оператора, що бере участь в управлінні роботом (зв’язок з блоком 3), або використовуються власною системою управління (зв’язки з блоками 4 і 5).

Пристрій зв’язку робота з людиною-оператором — діалоговий процесор — призначений для виконання ряду функцій. Одна з них полягає в сприйнятті і попередній обробці вхідних висловів, що надходять від оператора. За допомогою висловів оператор може ставити перед роботом задачі, управляти процесом їх розв’язування, коригувати дії робота і тощо. Спеціальні висловлювання можуть бути адресовані системі сприйняття і керувати режимом її роботи (ввімкнення/вимкнення окремих сенсорів, задачі на пошук потрібних ознак, об’єктів). Вислови можуть бути мовними або мають текстову форму. В останньому випадку вони подаються, наприклад, у вигляді послідовності рукописних символів, прошивок на перфострічці або дій на спеціальну клавіатуру. Мовні висловлювання можуть реалізовуватися деякою більш-менш обмеженою підмножиною природної мови.

Функція попередньої обробки полягає в здійсненні морфологічного і синтаксичного аналізу вхідних висловів, виконуваного на основі знань про мову, що використовується (блок 2).

Наступна функція діалогового процесора пов’язана із семантичним аналізом висловів. У ході цього аналізу вислів інтерпретується в якусь внутрішню мову робота, зрозумілу його системам управління, і цією мовою формулюється задача або повідомлення, значення яких повинно повністю збігатися із значенням сприйнятого вислову. Так здійснюється «розуміння» роботом людини. Повнота цього розуміння може бути проконтрольована лише за остаточними результатами дій робота.

Далі семантичний аналіз здійснюється на основі знань, які подано в блоці 2. При цьому повинні використовуватися знання не тільки про зовнішній (фізичний) світ і про самого робота, а й знання про світ задач людини, мету, способи їх вираження, характерні замовчування і т. ін. Так, наказ «принеси круглий предмет» не повинен приводити до спроб робота розглянути як круглий предмет голову оператора.

Повнота реалізації описаних функцій залежить від призначення робота і рівня мови керування, що використовується. Якщо, наприклад, вказівки формуються в термінах команд для блоку 6, діалоговий процесор може бути редукований до клавіатури управління. Ще одна функція діалогового процесора полягає в інтерпретації і видачі повідомлень і запитів, сформованих системами сприйняття, знань та управління. Інтерпретація полягає в перекладі повідомлень з внутрішньої мови робота на мову систем виведення. Як такі системи можуть використовуватися синтезатори мови, відеотермінали, графічні пристрої та інші пристрої.

Власне система управління робота, точніше її вищі рівні, представлені планувальником (блок 5) і системою прийняття рішень, або розв’язувачем (блок 4). Задача планувальника полягає в тому, щоб на основі відповідних даних здійснити автоматичне розв’язання задачі, формальний опис якої надходить з діалогового процесора. У простих випадках планувальник виступає в ролі трасувальника, що визначає оптимальну або близьку до неї траєкторію (програму) переміщення в просторі робочих органів робота або самого робота.

У складніших випадках планувальник виконує складну обробку інформації, яка подана не тільки в цифровій, а й у символьній формі, і виробляє узагальнені плани досягнення поставленої мети.

Розв’язувач зазвичай виконує ті самі функції, що й планувальник. Відмінність полягає в роботі на різних рівнях деталізації задач. Рівень планувальника можна назвати стратегічним, а рівень розв’язувача — тактичним. Розв’язуючи свої задачі, планувальник використовує інформацію про загальний характер середовища, приблизне розташування перешкод і т. п. Така інформація зберігається переважно в блоці 2 і відіграє роль карти робочого простору. А розв’язувач використовує в основному дані про поточну ситуацію, що надходять від системи сприйняття, і формує конкретні команди управління, послідовність яких повинна забезпечити виконання поточних етапів плану, синтезованого планувальником.

Якщо виконання плану призводить до невдачі, наприклад, робот натрапляє на непереборну перешкоду і чергова команда не може бути виконана, розв’язувач розпізнає це або за даними системи сприйняття, або за сигналами з «жорсткого рівня» управління і формує відповідне повідомлення для планувальника. Останній або розв’язує задачу наново, синтезуючи новий план, або через діалоговий процесор передає повідомлення оператору і чекає подальших вказівок.

Кожний з розглянутих блоків реалізує досить складний комплекс функцій, розв’язуючи при цьому свою задачу. Проблеми, пов’язані з розробкою теоретичних принципів і технічних засобів побудови кожного з блоків, і є основними проблемами робототехніки. Всі вони тісно пов’язані з ідеями і методами штучного інтелекту.