基于人工智能的計算機離線編程系統開發研究

于亞樓

摘要：本文探討了人工智能的計算機離線編程系統開發現狀，分析了人工智能的計算機離線編程系統開發，研究了人工智能的計算機離線編程系統實現。

關鍵詞：人工智能;計算機離線編程系統;三維建模

中圖分類號：TP182 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0177-02

0 引言

人工智能技術（AI）又可稱之為Artificial Intelligence，其是人的智能進行一系列模擬、開發、延伸工作的應用系統、理論、方法的統稱。人工智能技術是計算機科學的關鍵組成模塊，在計算機離線編程開發利用具有較為突出的應用優勢，不僅可以提高計算機離線編程系統應用效率，而且可以拓展計算機離線編程系統應用范圍。因此，對人工智能的計算機離線編程系統的開發進行適當研究具有非常重要的意義。

1 人工智能的計算機離線編程系統開發現狀

雖然國內外人工智能的機器人離線編程系統研究取得了較為突出的進展，在一定程度上可以滿足現代工業發展要求，但是計算機離線編程實用性仍然較低，機器人離線編程人機交互接口、操作便捷性仍然不足，也無法達到人性化語言信息應用要求[1]。同時在D-H方法運用過程中，大多需要在運動學逆解最優解評價函數的基礎上進行優化計算，或者開放更多數量的接口，促使用戶對關鍵模塊進行最優解的選擇。上述方法均存在較大的局限性，嚴重制約了人工智能的計算機離線編程系統有效應用。

2 人工智能的計算機離線編程系統開發

2.1 人工智能的工業機器人離線編程系統結構參數建模

以RB10機器人為樣本，在SolidWorks三維機械建模軟件中進行機器人模型的構建。假定RB10機器人由任意多的連桿、關節以隨機形式組成。具有三個順序關節、兩個連桿，每一個關節均可進行滑動、旋轉運動。此時，可設定RB10機器人第一個關節為m，第二個關節為m+1，第三個關節為m+2，連桿m位于關節m與m+1之間，連桿m+1位于關節m+1與m+2之間。其D-H參數表1所示。

表1中，θ表示繞本地參考坐標系Z軸旋轉角;d表示在本地參考坐標系Z軸相鄰公垂線之前距離（機器人關節偏移量）;a表示每一條公垂線長度（連桿長度）;α表示兩個相鄰Z軸間角度（扭腳）。θ、d均為關節變量。

依據上述數據，可為每一個關節設定一個Z軸、X軸。其中Z軸主要表示全部關節，若關節旋轉，則可將Z軸依據右手規則旋轉方向進行操作;若關節為滑動，則將Z軸設定為沿直線運動方向。繞關節m+2運動的Z軸為Zm+1。而X軸則表示與Z軸距離最短的公垂線，Xm+1方向為沿am+1方向。

2.2 人工智能的計算機離線編程系統功能解析

在人工智能的計算機離線編程系統理論坐標模型構建完畢之后，為確定計算機離線編程系統具體實現功能，可對人工智能的離線編程系統功能進行深度解析。

（1）人工智能的計算機離線編程系統應具有自定義機器人及機構的功能。即定義MOTOMAN-MA1900等非球面六軸機器人、Epson-R34等scara機器人及ABB-IRB1410等普通六軸機器人。同時根據用戶需求，定義出1-M軸任意運動機構（機器人功能的延伸、拓展）。（2）人工智能的計算機離線編程系統應具有曲線調整及進刀、過切設置的功能[2]。即通過調整曲線形狀，調節選中的軌跡點、軌跡兩側指定個數點間平滑過渡狀態。最終大多對機器人軌跡多個點進行平移、旋轉編輯的目的。同時實現在與原軌跡層呈九十度方向增加多層加工軌跡，最終達到分步進給、初加工、精加工的工藝要求。該功能常用于工業中打磨、去毛刺加工。（3）人工智能的計算機離線編程系統應具有三維幾何構形及動態仿真功能。其中三維幾何構型主要是利用局部變形、幾何運算及掃描操作法。通過SCRUFFY反邏輯體素構造、分級裝配，對機器人進行總體構型;而動態仿真主要是利用動畫技術，對工業機器人總體功能進行預先分析。（4）人工智能的計算機離線編程系統應具有碰撞優化及通訊后置處理功能。即在機器人運作過程中，整體系統可以利用五個自由度規定的弧焊操作，進行機器人冗余度調控，達到回避碰撞的目的;而通信后置處理則是在翻譯離線編程語言的基礎上，依托接口總線及磁盤，實現高精確度語言通信。

2.3 人工智能的計算機離線編程系統結構確定

依據上述計算機離線編程系統所需功能特點，可進行算法庫模塊（運動學及規劃模塊）、三維構形模塊、語言處理模塊及通訊模塊、傳感器仿真模塊、主控模塊等幾個模塊的設置。其中算法庫模塊（運動學及規劃模塊）主要是利用開放式機器人異構拓撲算法、高效機器人多軸插補算法，對機器人運動軌跡進行正逆求解，實現多軸協同運動;三維構形模型主要是利用SolidWorks軟件，在三維模型構建完畢后生成STL格式，同時導入3Ds Max修飾之后，生成FBX格式導入Unity 3D平臺。其可用于機器人、工件等虛擬設備定義;語言處理及通信模塊是直接面對用戶，結合實際應用經驗，實現人機交互;傳感器仿真模塊主要用于實際生產。通過人工一次編寫反邏輯方法，促使機器人依據仿真軌跡進行運動。

在人工智能的計算機離線編程系統框架設計過程中，可以將導入的工業機器人三維模型STL文件進行分割。同時為每一個模塊添加工業機器人特有屬性，即關節運動屬性、裝配約束屬性。隨后利用人工智能的三維虛擬現實技術，展示每一虛擬設備、場景。并經過算法庫，實現運動仿真、軌跡規劃。

3 人工智能的計算機離線編程系統實現

（1）用戶導入機器人、工件模型、其他輔助虛擬模型，在系統內自動編寫程序導入到可用系統中。（2）程序自行進行語法檢查。即在確定程序正確之后，經過算法庫，轉化為機器人、虛擬設備運動指令、運動位置信息。（3）在獲得機器人運動指令、位置信息之后，通過軌跡規劃，對工業機器人、虛擬設備進行運動學仿真。同時對機器人虛擬設備進行碰撞檢測、狀態檢測。（4）在運動仿真與需求滿足之后，根據控制器類型，轉換為恰當程序。在程序確定之后，可以經過通信接口，將信息傳輸至控制柜，達到實體機器人作業軌跡仿真控制的目的。

4 結語

綜上所述，現代工業逐步呈現出了專業化、智能化、機械化特點，而人工智能的計算機離線編程系統不僅可以最大程度節約工業機器人制造時間，而且可以在虛擬環境規劃工業機器人工作環境，改善編譯工作環境。因此，在離線編程系統理論模型構建的基礎上，系統開發人員可從功能分析、結構確定等方面，進行完整的人工智能的計算機離線編程系統的開發，為工業機器人可持續發展奠定基礎。

參考文獻

[1] 席潔.人工智能的計算機離線編程系統開發探討[J].電子測試，2018（19）：75-78.

[2] 王國勛，李麗.基于STEP-NC的切削加工機器人CAM系統[J].工具技術，2018（6）：103-106.