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罗德尼·布鲁克斯 发表评论(0) 编辑词条

美国著名机器人制造专家罗德尼·布鲁克斯(Rodney Brooks)。包容体系结构的发明者,MIT's 电脑科学和人工智能实验室(MIT AI Lab)的现任领导。20世纪90年代设计了第一个火星机器人。Rodney Brooks在1986年发表的论文中提到的包容式结构表明了基于行为的编程方法的正式起源。

(图)Rodney BrooksRodney Brooks

一位充满幻想的科学家,富有创新精神的企业家,Time Magazine说,“一位能言善辩的澳大利亚人,因以独特方法解决复杂问题而著称。”Brooks 是世界机器人领域无可争议的人物。如果这一技术有世界领先的话,Brooks 无疑是最权威的。他所说的“这一技术充满乐趣并改变世界”将引发的这一技术的发明探索。

麻省理工学院人工智能实验室主任Dr. Brooks在许多发明领域占有重要位置。他创立的公司iRobot® 为NASA向火星发射机器人并收集样本,帮助研制了Predator机器人空间飞行器。最近向市场投放了第一台商用机器人— the Roomba®,通过将最新人工智能与简易操作界面结合, Brooks已为政府、工业、科学研究研发了各类机器人,并为孩子们研发好玩的机器人。

从科学家的角度, Brooks 解释了许多科幻作家和爱好者关注的问题,机器人能思考、感觉、活着吗?人工智能何时不再是人工的?有意识和无意识的区别是什么?

Dr. Brooks在南澳大利亚Flinders 大学获得抽象数学学位,在斯坦福大学获计算机博士学位,他是美国人工智能研究协会(AAAI)的创建者,也是美国高级科学协会(AAAS).的会员。 2008 年Designers Summit 将从3月31日到4月3日,特别进行PC主板设计。将与 IPC Printed Circuits Expo® and APEX®联合, Designers Summit 将向设计者提供工程和设计方面的最新技术。

目录

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个人简介编辑本段回目录

(图)Rodney BrooksRodney Brooks
Rodney Allen Brooks (b. December 30, 1954, in Adelaide, Australia) is Panasonic Professor of Robotics at the Massachusetts Institute of Technology. He is Chief Technical Officer and sits on the Board of iRobot Corp. From July 1, 2003, until June 30, 2007, he was director of the MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory; prior to that, he was director of the MIT Artificial Intelligence Laboratory.

His work in robotics, first published in 1986 and subsequently elaborated upon in a series of highly influential papers, inaugurated a fundamental shift in artificial intelligence research. Brooks has argued strongly against symbolic processing approaches to creating intelligent machines, which had been the focus of AI since the days of Alan Turing, directly tracing back to the work of Gottlob Frege. Instead, Brooks has focused on biologically-inspired robotic architectures (e.g., the Subsumption architecture) that address basic perceptual and sensorimotor tasks. These had been largely dismissed as uninteresting by the mainstream AI community, which was far more interested in reasoning about the real world than in interacting with it. Conversely, Brooks argued that interacting with the physical world is far more difficult than symbolically reasoning about it. This perspective is perhaps best and most eloquently described in his classic paper, Elephants Don't Play Chess.

职业与研究Career summary, research编辑本段回目录

Degree in pure mathematics from Flinders University of South Australia

(图)Rodney BrooksRodney Brooks

Ph.D. in Computer Science from Stanford University (1981)
Research positions at Carnegie Mellon University and MIT
Faculty position at Stanford University
Joined the faculty of MIT (1984)
Current research:

engineering intelligent robots to operate in unstructured environments
understanding human intelligence through building humanoid robots
Previous research:

behavior based robotics
Cog
Corporate Spin-offs:

Founder and former Chief Technical Officer of iRobot [1]

出版物 Publications编辑本段回目录

Recent books and papers:

(图)Rodney BrooksRodney Brooks

Cambrian Intelligence: The Early History of the New AI (MIT Press, 1999) ISBN 0-262-52263-2
K. Warwick "Out of the Shady age: the best of robotics compilation", Review of Cambrian Intelligence: the early history of AI, by R A Brooks, Times Higher Educational Supplement, p. 32, 15th Sept. 2000.
The Relationship Between Matter and Life (in Nature 409, pp. 409–411; 2001)
Flesh and Machines: How Robots Will Change Us (Pantheon, 2002) ISBN 0-375-42079-7
Other publications include papers and books in:

model-based computer vision
path planning
uncertainty analysis
robot assembly
active vision
autonomous robots
behavior based AI
micro-robots
micro-actuators
planetary exploration
representation
artificial life
humanoid robots
compiler design
cyborg insects[1]
Prof. Brooks was also co-founding editor of the International Journal of Computer Vision and is on the editorial boards of various journals including:

Adaptive Behavior
Artificial Life
Applied Artificial Intelligence
Autonomous Robots
New Generation Computing

成员与荣誉Memberships, lectureships, prizes编辑本段回目录

Memberships include:

(图)Rodney BrooksRodney Brooks

Founding Fellow of the American Association for Artificial Intelligence (AAAI)
Fellow of the American Association for the Advancement of Science (AAAS)
Member of the National Academy of Engineering (NAE)
In 2005 he was inducted as a Fellow of the Association for Computing Machinery.
Australian Academy of Science - Corresponding Member 2006
Prizes include:

Computers and Thought Award at the 1991 IJCAI (International Joint Conference on Artificial Intelligence)
Lectureships include:

Cray lecturer at the University of Minnesota
Mellon lecturer at Dartmouth College
Hyland lecturer at Hughes
Forsythe lecturer at Stanford University
Film appearances include:

Being himself in the Errol Morris movie Fast, Cheap and Out of Control (named after one of his scientific papers)

Rodney Brooks花絮编辑本段回目录

Flesh and Machines (Rodney A. Brooks,Pantheon Books,2002 年):在这本非常有趣的非技术性著作中,Brooks 描述了基于行为的机器人哲学。

Fast, Cheap & Out of Control :Errol Morris 制作的这部记录片记录了 Rodney Brooks 的访谈(还有一位训兽师、园艺师和世界著名的无毛鼹鼠权威的访谈)。

Rodney Brooks,在演讲中他说“我们以及我们的世界都不再将是我们自己了。到那个时候,当我们面对计算机时,计算机或许也分辨不出到底我们是我们,还是计算机是我们了。”

罗德尼·布鲁克斯:机器霸主时代?编辑本段回目录

除了感叹《骇客帝国》《终结者》《机械公敌》等影片华丽特效和好莱坞编剧们前卫的想象力外,我们会不会提出这样一种疑问:机器人的出现对人类来说是福音还是潜在的威胁?今天来自麻省理工学院(MIT)机器人技术教授罗德尼·布鲁克斯(Rodney Brooks) 带来他对机器人终结人类时代问题的见解。

罗德尼·布鲁克斯毫不质疑500年后机器人将无处不在,不,也许在接下来50年内便可用司空见惯来形容机器人——甚至还用不了50年时间。

Rodney Brooks says robots will invade our lives

先跟随布鲁克斯简单回顾一下机器人发展历史:上世界70年代末伊始,人们早已有意识在玩具中内置微型处理芯片。随着技术发展,具有简单操作功能的玩具逐渐演变成带有机器人色彩的玩具,比如乐高公司推出的头脑风暴系列机器人和长毛绒玩具菲比娃娃,但这些都算不上什么,它们不过是配备各种感测器、由简单金属元件组装起来的低端电子产品罢了。如果你想,甚至可以动手组装一些进阶类型的电子产品。一些知名电子产品公司还研发了可编程的电子机器玩具。但是鉴于高昂的成本费用,公司也不打算大规模销售这些产品。

来看布鲁克斯实验室10多年前研发的清洁机——现已上市——它可以灵活地沿着异物持续不断地做圆周运动,直到将地面上污物打扫干净。我们可能会想,对于机器人来说,程序就是圣旨。定论不妨留到观看展示的下一个机器人再下:PackBot,一种采用linux操作系统的军用侦察机器人,坚实耐用,抗震防水。它不仅在911事件后大展搜寻幸存者英雄本色,并在阿富汗战场上充当先头部队角色。对于这类机器人不得不说也是引起人们恐慌的因素之一——它的自主性。技术的进步引起巨变的发生,机器人对各种恶略环境具有人类无法比拟的强大适应性,虽说目前为止它们只能一丝不苟地执行人类设定的程序命令。但如果人类需要机器人作用更大,那么其程序设计将愈加复杂。我们能否简化CPU中的指令,让机器人更容易操作一些呢?

以人类互动交流为例:当要展示给给对方某个动作时,我们首先需要将行为演示一遍,对方通过眼球捕捉到这些动作或信息并输送到大脑,后才能做出相应的模仿动作。同理我们为智能机器人设计一套视觉注意力系统,这套系统可以使机器人对不同色块和移动的物体进行识别,在记忆模块的帮助下机器人对同样的色彩和同规格物体进行主动记忆,一旦记忆模块中接受的数据出现重复情况,机器人将转移“视线”,除非记忆模块出错。

来看下面的高级机器人:能显露表情并且会发声的的机器人Kismet,布鲁克斯向观众展示了表扬,禁止等情景下Kismet的反应情况。聪明的Kismet搜集到不同的声音,并通过不同表情对这些声音展现出不同反应。然后再让实验人员与Kismet进行对话交流(在没有告诉实验人员这些机器人不能识别人类语言的情况下),测试机器人“接话”能力。结果表明,Kismet完全与人类“交流无碍”。这一切看起来时那么神奇,但实际上,Kismet并不能听懂面前的人到底在说什么,甚至连一个单词都不会。至于它为什么能做出正确的反应,还是“视觉注意力系统”发挥作用:机器人的摄像机眼球捕捉到人(目的物)的表情或动作信息,分析处理之后只要执行相应程序,即做出不同表情或声音回应即可。

展示和探讨完机器人的秘密之后,布鲁克斯回答人们提出的两大关键问题:随着机器人越来越智能化,人类能接受并认可这些机器人吗?这些强大的智能机器人的出现会不会终结人类时代?

回答之间布鲁克斯设问:有血有肉的人类需要对冰冷的机器人表示尊敬吗?哪怕从分子生物学角度来分析人体由分子相互作用构成,和机器由各种机械零部件组装而成道理一样,人至多是一台会思考的机器。无论是打着宗教旗号否认地心说的错误,还是断然拒绝接受人类的祖先是动物的说法,我们之所以不肯接受人与机器人处于平等地位,缘由在于几百年来人类一直无法承认自身的平庸性。

最后解答人类时代终结恐慌问题,既然机器人是由人来设计和制造出来的产物,那么世界上谁会专门去制造一些机器刽子手来终结自己呢?好莱坞的电影产业往往喜欢给尚未发生的事情制造一种虚假的真实,以此刺激人类潜藏的本能恐惧罢了,但电影毕竟是虚假的,机器人时代很快就会到来,而我们所要做的则是安心等待。

美国iRobot公司简介 编辑本段回目录

  美国iRobot公司于1990年由美国麻省理工学院(MIT)教授罗德尼·布鲁克斯(Rodney Brooks)及其同事科林·安格尔(Colin Angle)和海伦·格雷纳(Helen Greiner)创立,为全球知名MIT计算器科学与人工智能实验室技术转移及投资成立的机器人产品与技术专业研发公司。

  iRobot发明各型军用、警用、救难、侦测机器人,轻巧实用,可以扫雷、侦测敌军,被军方、警方、救难单位用于各种不同场合。

  2002年9月国家地理频道《古夫金字塔密室》探险,那具具备光纤镜头、高解像度相机、全球最小地面雷达仪的钻臂机器人“金字塔漫游者”就是iRobot的产品。美国9·11事件中,深入世贸中心底下协助搜索生还者的四具机器人“PackBot”也是iRobot的产品。还有协助美国大兵在阿富汗山区“猎杀宾拉登”的机器人,也是iRobot的产品。

亚马逊掌门贝索斯投资机器人公司Heartland编辑本段回目录

 北京时间2009年8月22日消息,据媒体报道,美国网络零售巨头亚马逊CEO杰夫·贝索斯(Jeff Bezos)已向美国机器人设计和制造商Heartland Robotics(以下简称“Heartland”)投资。

(图)Rodney BrooksRodney Brooks

  Heartland是一家科技创业公司,总部位于美国马萨诸塞州剑桥市,主营工业机器人的技术设计和相关事宜。目前Heartland仍处于非公开运营阶段。该公司网站上的信息显示,Heartland正致力于“把计算机技术用于工业机器人设计和制造,以大幅提高工业机器人的生产效率”。

  Heartland最近获得了700万美元资金援助,贝索斯个人投资机构“Bezos Expeditions”参与了此轮投资,但不清楚贝索斯的具体投资金额。业界人士认为,亚马逊零售业务本身涉及到大量物流工作,如果Heartland产品能够取得技术突破,亚马逊今后就可采购由Heartland设计的工业机器人,从而降低亚马逊的运营成本。

  据悉,Heartland联合创始人罗德尼·布鲁克斯(Rodney Brooks)为美国麻省理工学院(MIT)机器人学教授,同时也是美国机器人制造商iRobot的创始人。iRobot除向美国政府和军方提供机器人产品外,也面向消费市场推出家庭助手类机器人。

  对于贝索斯已向Heartland投资一事,贝索斯和Heartland都还没有发表评论。

机器人技术:机器人的大脑和四肢将越来越发达编辑本段回目录

作者:Loring Wirbel

20多年以前,一提到机器人,人们脑海里就出现这样一幅景象:在工厂的地板上,一个功能固定的设备依赖简单的视觉系统和8位或者16位MCU进行定位控制。而科幻小说则为我们勾勒出更为接近人类的机器人形象,包括具备人工智能,能够在复杂的公共环境下表现正常。

人工智能的权威人士曾一直以为,精确的视力和高速I/O是比较容易解决的问题。直到经过了上个世纪九十年代神经网络和模糊逻辑的实践经验,才使他们明白布尔推理等所谓的难题实际上比较容易解决;而与环境交互等这种所谓容易解决的问题,则非常难以解决。

到21世纪,由于意识到新出现的并行网络或分布控制回路,能不时地脱离主处理器运行,而这也许可以实现智能行为和简单的感知能力。因此,人们对各种机器人的研究热情再一次被点燃。之后,各种各样的研究项目都把目标对准了能够对环境做出实时响应的简单系统。

作为消费电子和娱乐平台,索尼的机器狗Aibo引来了大批的效仿者。有日本联合大企业,有北美的新兴公司,有专门成立的大学生兴趣小组,他们都参与了世界RoboCup机器人大赛。虽然有部分研究人员正在研究两足类人系统,RoboCup大赛的发起人Hiroaki Kitano在去年预言,类人机器人最多也只能占10~15%的市场份额。相比之下,四足、六足和八足系统,以及面向垂直市场的轮式和半固定系统,由于具有灵活性,因此在消费电子、工业和军事领域市场具有优势。

Aibo在市场上激起了第一波热潮。麻省理工学院计算机科学系的富士通教授及iRobot公司创始人Rodney Brooks在新出版的《肉体和机器》一书中描述了“My Real Baby”的设计师们如何努力克服生产机器人玩具所遇到的束缚。DSP巨头如TI和ADI也声称,尽管在未来数年内都很难降低智能玩具的成本,他们仍然乐意进行这样的努力,力图以成本的大幅降低换来大规模的应用。

(图)Rodney BrooksRodney Brooks

iRobot公司的创始人曾经尝试过家庭应用市场。该公司的Roomba是一个价格仅为200美元的房间清洁机器人,它只有餐碟般大小,可以执行基本的清洗任务。然而,一个500或1,000美元的控制站机器人加上价值10美元的一次性房间清洁器组成的房间清洁系统,对于房间清扫这样的简单任务来说过于复杂,因此短期内不会取代家用真空吸尘器。iRobot的Brooks认为,另外房间清洁器和割草机的导航系统仍然是一个问题:如果没有像GPS这样的定位参考系统支持,这些设备只能在给定区域内随机走动,这对于执行固定的任务来说是不够的。

问题的关键在于自然智力和程序智能之间的差别。Brooks领导的斯坦福和麻省理工学院联合研究小组以及卡内基梅隆大学的Hans Moravec领导的小组,都曾试图通过预见机器人在一个给定空间内所能执行的所有动作,来预先编写所有的规则程序,以保障机器人在该空间内行为正常。然而,尽管机器人在上述给定空间里的行为是可以预见的,但环境中的障碍及其它不可预知的问题仍然会导致机器人的中央处理系统崩溃,因此它不可能适应环境。

当把小机器人应用于战场时,精确度是必然的要

在最近的10年里,麻省理工学院的Brooks和Cynthia Breazeal支持的概念是,制造没有一般规则或空间知识,但具有很强适应性的机器人。它允许移动式机器人具有环境适应性,能够充分自如地完成简单的割草和清扫任务,而无需理解物理空间,但是这些机器人却不能尽可能好地完成手上的工作。

虽然iRobot和科学应用国际公司(SAIC)等机器人研究公司还在继续完善家用机器人系统,美国的军事机构和政府特工组织却已经能用上这种机器人智能。分布式控制的移动式机器人是美国空军的无人飞行器(UAV)项目的基础,也是海军的海下无人驾驶项目以及陆军地貌和地表探测机器人项目的基础。诸如美国能源部和环保署这样的政府机构甚至已经能够使用遥控系统来处理和清除危险的材料。

当把小机器人应用于战场时,精确度是必然的要求。而在普通的遥感和勘探任务中,军队和??组织就可以使用随意走动的机器人,以一种随机的方式来探测目标区域。事实上,美国国防部研究工程主任Ron Sega在最近的一次演讲中称,当在一个人口密集的地方同时使用若干个机器人时,它们呈现出国防部官员所称的“自然蜂群智能”,这是一种未曾预料的共同活动的行为特征,无需主处理器发布控制命令。

美国国防高级研究项目管理局(DARPA)通过其微系统技术处的两个独立项目,向这些技术提供了资金资助,这两个项目分别是MEMS计划和分布式机器人计划。DARPA的特别工程办公室还有其它一些小项目,比如Sega的国防部级国家航空和航天行动计划,该办公室将政府的分布式机器人研究统一了起来。DARPA也与许多公司进行合作,共同研究用于机器人的惯性测量MEMS、光学MEMS和射频技术,这些公司包括TI、Rockwell、ADI、惠普、Honeywell、Silicon Light Machines、杰尔、CoreTek、西门子以及Raytheon等。

(图)Rodney BrooksRodney Brooks

这给半导体供应商带来了获利前景,特别是对于那些专注于DSP、基于MEMS的传感器和混合信号数据探测设备的供应商。于是,用于控制飞机的复杂6?位主处理器的成本持续降低,有趣的多层机器人智能可以通过并行或多层DSP来实现,而所用的芯片的价格已低至每块5美元。

ADI公司MEMS部门的市场经理Christophe Lemaire说,Aibo狗可以激发一个用于消费电子和专用机器人的惯性测量MEMS市场,这是一个利润丰厚的市场,但汽车市场仍是惯性MEMS最大的单一应用领域。

ADI MEMS部门的应用工程师Harvey Weinberg称,上述MEMS已经被应用于高端船舶、特殊用途飞机以及UAV的天线上。这将导致在移动式机器人上实现更多的稳定性应用,尤其是服务残疾人的轮式机器人,或是Segway系统的智能跟随机器人。

分布式控制成本

对于ADI公司,有两种采用DSP的方法可以实现低成本的分布式控制。如果要通过片上A/D转换器采集混合信号,同时必须使用PWM,那么ADI可以提供2199x混合信号DSP;如果系统需要执行某些整数控制,如控制飞机这样的任务,则可选择ADI新的Blackfin定点DSP。后者是ADI与英特尔联合设计的,它使用了英特尔的微信号架构(MSA),可提供高端的混合性整数和浮点性能,其主频为600MHz,每片5美元。

ADI的16位DSP产品线经理Finbarr Moynihan说,BlackFin的代码优化比TI混合型的320C54x DSP+ARM7或ARM9架构要好很多。

当然TI并不认同这一点。该公司的C2000 DSP产品线的首席技术官Dave Figoli称,该公司C2000 DSP芯片非常适用于分布式控制回路中的双节点控制,也适用于需要大量DSP进行并行操作的多处理器系统之间的通讯。“在某些设计中,DSP既可以充当中央控制器,又可以充当节点控制器。”Figoli说,“对于一个与周围环境进行交互的分布式系统,其控制节点必须能够在非常高的数据传送速率下处理多个环路。”

机器人、迷宫和包容体系结构编辑本段回目录

用 Java 语言编写虚拟机器人

(图)Rodney BrooksRodney Brooks
作者:Paul Reiners (reiners@us.ibm.com), 计算机程序员, IBM 

2008 年 1 月 11 日

正如 IBM 计算机程序员 Paul Reiners 在本文中指出的,机器人模拟器既是严肃的研究工具,也是能够通过 Java™ 编程创造乐趣的领域。学习如何使用 Simbad(一种基于 Java 3D 技术的开放源码机器人模拟器)和 Java 语言创建能够跟踪光源和走迷宫的虚拟机器人,并了解包容体系结构的机器人设计概念。

简介

机器人学很早就超出了科学幻想的领域,并在工业自动化、医疗、太空探索等领域发挥着重要作用。软件机器人模拟器不但简化了机器人工程师的开发工作,还为研究人工智能(artificial intelligence,AI)算法和机器学习提供了工具。以这种研究为中心的模拟器之一是开放源码的 Simbad 项目,它基于 Java 3D 技术(参见 参考资料)。本文讲解如何使用 Simbad 工具箱编写虚拟机器人,并介绍包容体系结构(subsumption architecture) 的机器人设计原理。

本文首先简要概述机器人学并解释包容体系结构概念。然后介绍 Simbad 工具箱并演示如何在 Simbad 中实现包容体系结构。然后使用这个体系结构编写一个简单的机器人。最后,讨论迷宫并编写第二个机器人,与 Homer Simpson 不同(参见 参考资料),这个机器人会自己走出迷宫。这里的机器人不是现实存在的,但是 “活” 在 Simbad 的虚拟世界中。

机器人编程

机器人 这个词没有被普遍接受的定义。根据本文的目的,可以认为一个机器人由三个部分组成:

一个传感器(sensor) 集合
一个定义机器人的行为的程序
一个传动器(actuator) 和受动器(effector) 集合
传统的机器人学

在传统的机器人学中(也就是 1986 年之前的机器人学),机器人拥有一个中央 “大脑”,这个大脑构建并维护环境的 “地图”,然后根据地图制定计划。首先,机器人的传感器(例如接触传感器、光线传感器和超声波传感器)从它的环境中获得信息。机器人的大脑将传感器收集的所有信息组合 起来并更新它的环境地图。然后,机器人决定运动的路线。它通过传动器和受动器执行动作。传动器基本上是一些发动机,它们连接到受动器,受动器与机器人的环境交互。受动器包括轮子和机械臂等(传动器 这个词常常用来泛指传动器或受动器)。

简单地说,传统的机器人接收来自传感器(可能有多个传感器)的输入,组合传感器信息,更新环境地图,根据它当前掌握的环境视图制定计划,最后执行动作。但是,这种方法是有问题的。问题之一是它需要进行大量计算。另外,因为外部环境总是在变化,所以很难让环境地图符合最新情况。一些生物(比如昆虫)不掌握外部世界的地图,甚至没有记忆,但是它们却活得非常自在;模仿它们会不会更好呢?这些问题引出了一种新型的机器人学,称为基于行为的机器人学(behavior-based robotics,BBR)。BBR 在当今的机器人实验室中占主要地位。

包容体系结构

可以使用包容体系结构(subsumption architecture)实现 BBR。包容体系结构的发明者是 Rodney A. Brooks(MIT AI Lab 的现任领导)在 1986 年的文章 “Elephants Don't Play Chess” 中提出了包容体系结构(参见 参考资料)。基于行为的机器人依赖于一组独立的简单的行为。行为的定义包括触发它们的条件(常常是一个传感器读数)和采取的动作(常常涉及一个受动器)。一个行为建立在其他行为之上。当两个行为发生冲突时,一个中央仲裁器(arbitrator) 决定哪个行为应该优先。机器人的总体行为是突然的(emergent),根据 BBR 支持者的说法,它的效果好于其部分之和。较高层行为包容(subsume) 较低层行为。我们并不创建整个机器人,只需添加行为并看看会发生什么。

Simbad:一个机器人模拟环境

 LEGO Mindstorms

本文主要关注软件机器人的构建,但是如果希望构建物理机器人,那么可以考虑使用 LEGO Mindstorms。

LEGO Mindstorms 总部的宣言说,“我们将让机器人学发生巨变,就像 iPod 给音乐界带来的影响。” LEGO 于 1998 年推出了 Mindstorms 机器人学工具箱的第一版。这个工具箱很快就变得畅销了,大大超出了 LEGO 的预期。尽管它的价格似乎不便宜($250),但是要知道这只相当于 iPod Classic 的价格,而且每个人 都拥有 iPod。

但是,iPod 没 Mindstorms 那么容易破解。在 Mindstorms 发布后不久,硬件黑客就开始取出 Mindstorms RCX brick(Mindstorms 机器人的 “大脑”)并进行反向工程。LEGO 没有预料到这种情况,而且不确定是否应该制止这种做法。最后,LEGO 的管理层决定允许 Mindstorms 黑客的这种行为。

由此产生了一个兴旺的 Mindstorms 社区(参见 参考资料)。尽管 Mindstorms 只附带一种拖放式图形化编程语言 NXT-G,但是软件黑客很快就在 Mindstorms 中添加了对 C 和 Java 等其他语言的支持。结果,大约一半的 Mindstorms 由成年人使用。

可以使用 Simbad 在软件中模拟机器人。该项目 Web 站点指出,它 “让程序员能够编写自己的机器人控制器、修改环境和使用可用的传感器。它主要向研究人员/程序员提供一个基本工具,用来在自治机器人学和自治代理上下文中研究情景人工智能(Situated Artificial Intelligence)、机器学习和其他 AI 算法。”

Simbad 是由 Louis Hugues 和 Nicolas Bredeche 用 Java 语言编写的。在符合 GNU General Public License 的条件下,可以免费使用和修改这个项目(可从 SourceForge.net 上获得)。

技术细节

Simbad 环境可以包含代理(Agent,也就是机器人)和固定对象(盒子、墙、灯等等)。Simbad 环境中的时间划分成离散的 “嘀嗒(tick)”。Simbad 在代理之间调度时间分配。与物理机器人一样,Simbad 代理也有传感器(距离、接触、光线等等)和传动器(常常是轮子)。在每个嘀嗒时刻,一个机器人可以执行动作。

代理通过覆盖 performBehavior() 方法决定它们的行为。在 performBehavior() 中,机器人可以读取传感器读数并设置它的平移和旋转速度。performBehavior() 执行的时间很短,所以不能发出 “前进一米” 这样的命令。为了解决这个限制,通常必须跟踪机器人的状态。还可以使用计时器变量记录保持当前状态的时钟嘀嗒数。

Simbad API

在本文的练习中,主要使用两个 Simbad API 包:

simbad.sim :这个包中的类代表机器人和它所在的环境。包括:
Agent:Agent 就是机器人。
Arch:机器人可以绕过或从下面通过的拱形结构。
Box:可以作为机器人的环境中的障碍物。
CameraSensor:可以从机器人的视角查看机器人的环境。
EnvironmentDescription:代表 “环境”,可以在其中添加机器人和墙或盒子等对象。
LampActuator:可以添加到机器人上的灯。
LightSensor:感应光线的强度。
RangeSensorBelt:包含机器人周围的一组距离传感器。
RobotFactory:用这个类在机器人上添加传感器。
Wall:另一种障碍物。
simbad.gui :这个包中的类显示机器人环境并提供控制手段。这些类包括:
Simbad:显示机器人环境、传感器输入和控制的框架。

在 Simbad 中实现包容体系结构

 Roomba

Roomba 用真空吸尘器打扫地毯。它是由 iRobot 开发的,这是一家由三位 MIT 校友(Rodney Brooks、Colin Angle 和 Helen Greiner)创办的公司。Roomba 是使用包容体系结构构建的并提供一个开放接口,可以通过这个接口实现各种有趣的效果。Tod E. Kurt 的书 Hacking Roomba 介绍了许多有意思的应用(参见 参考资料)。 

要在 Simbad 中实现包容体系结构,首先定义 Agent 的一个子类 BehaviorBasedAgent。BehaviorBasedAgent 包含一个 Behavior 数组和一个 boolean 矩阵,这个矩阵决定 Behavior 的优先级

 注意,尽管这个机器人根本不了解关于迷宫(甚至墙)的任何信息,但是它能够走出迷宫。Algernon 没有计算迷宫出路的中央大脑。这就是包容体系结构能够取得的效果:用一组简单的层次化的行为构成复杂的看似有目的的行为。

结束语

在本文中,我们开发了虚拟机器人。开发真实的物理机器人要困难得多。物理世界有各种各样的麻烦。例如,很容易让我们的沿墙走机器人平行于左边的墙移动。但是,在真实世界中墙的表面不是绝对平的,如何避免机器人靠向墙壁或离墙太远本身就是个难题。即使您喜欢编程,也不一定会喜欢开发真实的机器人。开发有趣的机器人不但需要编程技能,还需要机械技能。

如果您有兴趣构建自己的机器人,那么可以考虑使用 LEGO Mindstorms。另一种成本比较低的方法是构建 Biological Electronic Aesthetics Mechanics(BEAM)机器人。BEAM 进一步发展了基于行为的机器人思想,并完全避免了编程。通过硬连线构成总体行为,模拟反射响应行为。只需 $30 或更少的成本,再参考一些书,比如 Gareth Branwyn 的 Absolute Beginner's Guide to Building Robots(参见 参考资料),就可以用 BEAM 工具箱构建出您的第一个机器人。还可以购买并使用 Roomba。

在编写机器人并查看其他人的机器人代码之后,我很快就发现了一个令人吃惊的情况:只需很少的代码,就能够让机器人做许多事情(但是,为了让这些代码精确地实现目标,可能需要做许多分析和实验)。使用 LEGO Mindstorms 工具箱,只需半天时间,就能够构建一个简单的机器人。

对机器人学感兴趣的爱好者可以通过许多渠道提高技能,比如机器人图书、机器人竞赛、机器人视频资料和当地的机器人俱乐部。

参考文献编辑本段回目录

http://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-robots/
http://en.wikipedia.org/wiki/Rodney_Brooks
http://www.tedtochina.com/2010/04/08/rodney-brooks-on-robots/

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