移動機器人仿人智能控制的研究

馮金龍　丁權

摘 要：機器人的研究涉及很多方面，例如傳感器技術、人工智能技術、控制理論和計算機技術等，并且制造出的機器人需要具備高準確性和高靈活性的移動能力，才能更好地為人們服務。現(xiàn)代的機器人的設計中普遍會運用到仿人智能控制算法，其通過開閉環(huán)控制和定量與定性結合的控制方式來實現(xiàn)機器人移動更快、更準確的特性。雖然我國近年來在移動機器人的研究方面已經(jīng)取得了一定的成果，但是還不夠完善，仍然存在著許多需要解決的問題。

關鍵詞：移動機器人；仿人技術；智能控制；思考研究

研究移動機器人，就需要解決其在移動過程中的定位、導航、控制和路徑規(guī)劃這一系列的問題。在這之中傳感器的功能就被體現(xiàn)了出來，通過傳感器可以讓機器人實時把握環(huán)境信息，并在之后通過信息的整合，找到一條最合理的路徑規(guī)劃。所以移動機器人不僅可以被看作是一種自主式智能系統(tǒng)，也是一種高度智能化的自動化機器。移動機器人的仿人智能控制研究目前已成為了一項熱門研究。

一、研究的目的和意義

實現(xiàn)移動機器人的全智能化可以說是現(xiàn)在我們每個人所期待的事情。而就而目前的技術和科技發(fā)展水平來看，距實現(xiàn)移動機器人的全智能化仍需要一段時間。但是隨著現(xiàn)今科技發(fā)展水平的不斷提高，移動機器人的研究已經(jīng)逐漸進入到了一個新階段。移動機器人的智能化、信息處理技術和適應性已經(jīng)越來越強，而且我們已經(jīng)開始追求更高層次的機器人的研究。當然，機器人的研究過程中仍舊有著一系列的問題，其會很容易受到環(huán)境因素的影響，也存在例如參數(shù)誤差和未建模動態(tài)等問題。所以我們目前亟待解決機器人系統(tǒng)的不確定問題和自主的決策路徑問題，使它們變成高度智能化的智能機器人。

然而，雖然我們目前在機器人的研究過程中取得了一系列的成就，但是也越來越受到來自符號處理的壓力，符號處理工作做不好，機器人就會遇到在知識表示和信息處理方面的問題，這就要求我們研究出一套智能的算法使得機器人能夠有組織的進行自主學習。算法在早期主要體現(xiàn)為符號主義、進化算法和模擬退火算法等，隨著研究的發(fā)展，目前已經(jīng)發(fā)展成為了結合多門學科、信息和技術的智能算法，并已經(jīng)被普遍的應用。

智能算法目前被分為三大趨勢：首先是改進經(jīng)典算法并對其進行進一步的理論和實驗研究；其次是通過開發(fā)新型的智能工具，在擴寬其應用領域的同時尋找到其理論基礎，使得新型的智能工具能夠在這個瞬息萬變的社會中立穩(wěn)腳跟。最后就是一種混合智能算法，是通過傳統(tǒng)算法和智能算法的結合得到的。面對當今不斷涌現(xiàn)新算法的現(xiàn)象，我們需要盡快的進行理論研究并開發(fā)新型的智能工具。

二、移動機器人的系統(tǒng)架構

（一）移動機器人硬件系統(tǒng)架構

移動機器人的硬件系統(tǒng)主要由路徑識別系統(tǒng)模塊、電源模塊、直流電機驅動模塊、無線通訊模塊和測速模塊這六大模塊所組成。其中路徑識別系統(tǒng)模塊是移動機器人路徑跟蹤控制中至關重要的一部分，它可以控制移動機器人行走的速度，就像我們?nèi)祟愲x不開眼睛一樣，移動機器人也離不開路徑識別系統(tǒng)模塊。其主要是通過紅外檢測的方法來幫助機器人進行道路規(guī)劃，紅外接收管會通過區(qū)分不同程度的紅外光來區(qū)分白天與黑夜，移動機器人的路徑姿態(tài)和穩(wěn)定性可以通過雙排紅外傳感器來進一步確定。電源模塊中每個模塊需要的電壓是不同的，例如單片機系統(tǒng)和傳感器電路5V就夠用，而舵機需要6V，針對這一特點，就需要利用開關電源調(diào)節(jié)器，它可以控制開關的導通和截止時間，從而不僅可以使工作中的熱損失降低、提高了電源的利用率，還可以抗干擾、增強設備的穩(wěn)定性。絕大多數(shù)的直流電機驅動都采用控制半導體功率器件工作在開關狀態(tài)的開關驅動方式，再通過橋式驅動器可以實現(xiàn)多種輸出控制、通訊功能和電平控制這些功能。無線通訊模塊則主要負責的是移動機器人的行動狀況的了解和反饋，及時的采集其在移動過程中的各種信息。而測速模塊就是計算機器人的行駛速度，主要是通過檢測紅外收發(fā)對管在一定時間內(nèi)輸出高電平或者低電平的脈沖數(shù)來計算。

（二）移動機器人軟件系統(tǒng)架構

移動機器人的軟件系統(tǒng)主要經(jīng)歷初始化過程、數(shù)據(jù)采集和處理以及控制器設計這三種階段。其中在初始化過程中，主要包括時鐘初始化、PWM初始化、SCI串行口通信初始化、AD模塊初始化和定時器模塊這五部分。而采集的數(shù)據(jù)主要是兩組AD轉換之后的數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)很可能在傳輸?shù)倪^程中受到外界環(huán)境的干擾而造成每個傳感器的電壓值顯示不同，所以就需要我們對這些數(shù)據(jù)進行處理來排除偏離的數(shù)據(jù)使得數(shù)據(jù)能夠一致。最后就可以進行控制器設計這一部分了，控制器在設計的時候要考慮到整理過后的數(shù)據(jù)，并且找到最適合移動機器人的速度和轉角控制策略進而正確的控制機器人的自主移動。

三、 移動機器人在機械生產(chǎn)中的應用

（一）移動機器人在機械生產(chǎn)過程中的智能監(jiān)控

在進行機械生產(chǎn)過程中，需要對各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)進行智能監(jiān)督，例如煉油、軋鋼、材料加工、核反應等，在其機械生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一系列的問題，影響了生產(chǎn)的正常運行，加強對機械生產(chǎn)過程的監(jiān)控以確保機械性能的可靠性。為了提高機械性能的精度，以提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和質量，以保證機械生產(chǎn)流程的順利進行。例如軋鋼機的神經(jīng)控制、旋轉水泥窯的模糊控制、分級智能材料處理、分布式材料加工系統(tǒng)、工業(yè)鍋爐的遞階智能控制、智能pH值過程控制以及基于知識的核反器控制等，這樣一來可以保證機械生產(chǎn)的整體效率。

（二）移動機器人在飛行器中的智能控制

移動機器人的智能控制在飛行過程得到了廣泛的應用。大部分商用飛機都配備了可供選擇的自動降落系統(tǒng)。基于神經(jīng)網(wǎng)絡的飛行器可以對紊流和其他非線性流進行有效的控制。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡還可以對未識別線性或非線性關系進行有效的處理，而這些關系均是駕駛員能夠運用的。在原則上移動機器人智能控制能夠從一個大的變量集合轉化為另一個變量集合，如從傳感器參量轉化到控制動作或操作模式的映射。上世紀80年代以來， 移動機器人智能控制在飛行器中得到了廣泛的應用，大大提高了飛行器的安全性和運行效率。

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