工業機器人智能運動控制方法的分析與研究

冀鋒 代向榮

【摘?要】人工智能技術在我國相對發展成熟，在人工智能的推動下，我國工業自動化生產逐漸開始使用工業機器人。工業機器人可以按照需求智能化調節運用領域，機器人有曲線運動、多點運動、單點運動等多種運動方式，而且都是可人工控制的。工業機器人具備的多種運動模式能夠替代人工，應用于一些高危領域的作業。各個生產領域應用工業機器人，不僅可以有效地完成生產作業，還可以提供安全保障.

【關鍵詞】工業機器人;智能運動控制;

引言

工業機器人的運動控制方法是其核心所在，涉及到多個學科的知識，是一項綜合性和復雜性非常強的系統。在工業機器人的運行中，要考慮到重力、摩擦力、離心力等多個力的綜合作用，控制方法就是對這些力的克服與利用，保證工業機器人穩定運行的關鍵。隨著人工智能技術的進步，智能運動控制方法的研究越來越成熟，是當前的前沿課題之一，其可以進一步提升工業機器人的控制水平，進而促進工業機器人的發展與進步。

1工業機器人智能運動控制方法的意義

1.1提升工業機器人的生產環境適應性

工業機器人應用于工業生產中，需要其具備與人工作業相匹配的技能。傳統的自動化生產設備體積偏大，生產程序繁雜，機器不是很靈活，無法滿足特定工業生產的發展需求。工業機器人智能運動控制方法不僅讓工業機器人的體積變小，而且更加靈活，工業機器人的生產環境適應性也更強，工業機器人能夠模仿人工操作。工業機器人智能運動控制方法使工業機器人的機械結構與人體結構相似，手臂、關節、頭部都是按照人體結構來設計的。因此工業機器人在從事生產作業時才能擁有與人工相似甚至更高的精準度，讓工業機器人對生產環境有更高的適應性。

1.2提升工業機器人性能，降低生產風險

應用智能運動控制技術的工業機器人從事工業生產，讓工業機器人實現了智能化，增加了機器人的靈活性和便捷性。智能運動控制技術的應用，提升了工業機器人的性能，工業機器人智能運動控制就是讓機器人模仿人工從事工業生產作業，一些高危行業和作業需要通過機器人來完成，降低人工操作的風險。

2工業機器人的基本發展現狀

根據該部公布的實際發展需要迅速發展人工智能，需要根據潛在的市場需要加強人工智能，在未來十年內使工業化國家的需求增加20%，并迅速發展工業機器人。工業機器人的發展速度比國際發展階段慢。早在1980年代，國外就開始建立機器人的工業生產，而我國的工業機器人總體上不足、尺寸差、競爭力差。各國必須增加對工業機器人的總體投資，注重提高其技術需求，不斷提高機器人的基本技術發展水平。國外發達國家需要迅速發展，注重工業機器人的綜合應用，以滿足總需求的增長。

3工業機器人智能運動控制方法

根據工業機器人運行環境和實際工作需求的不同，目前工業機器的智能控制方式主要分為軌跡已知工業機器人的控制方式和軌跡位置工業機器人的控制方式。相對而言，軌跡已經工業機器人的智能控制較為簡單，其主要適應于流水線式工業機器人，其工作過程中的所有軌跡移動都是固定已經的，因此主要與預置控制為主，只需要根據動力學工程預置非線性PID控制器神經網絡模型便可實現智能控制，通過PID曲邊的變化可以實時監測并控制其在工作中的穩定性;軌跡未知工業機器人智能運動控制實現較為困難，由于其移動的軌跡都是不可知的，因此其需要具備較強的識別能力與判斷能力，且由于其工作過程重復性不高，不能通過簡單的模型建立來實現，目前解決途徑主要是通過DNA算法改進PID控制器，然后通過指數加權最小二乘法對工業機器人的工作流程實現實時辨別，可以較好的實現控制效果，避免不良影響。以下簡單介紹一些工業機器人智能運動控制的算法：

3.1機器人關節模型辨識算法

軌跡未知工業機器人智能運動控制中，其高速運行狀態下較為關鍵的一個環節是機器人關節模型的即時辨別，只有即時辨別機器人關節模型的運行狀態與運行軌跡，才可以實現高效的智能控制。現階段應用較廣的關節模型辨識算法是指數加權小二乘法，除此戶外還有改進的RELS算法、兩段RLS-LS算法等。相比較其他兩種算法而言，指數加權小二乘法具有計算量較小，算法簡單直接，對控制系統要求的較低。

3.2優化機械傳動結構

工業機器人智能運動方法其中包含的主要內容有機械傳動結構，工業機器人從事工作生產作業時，通過優化機械傳動結構可以增加協調性，機械傳動的效率也更高，有助于提升工業機器人的工作效率。機械傳動結構的準確性、靈活性、穩定性是設計機械傳動結構重點考慮的問題。由于工業機器人的應用領域非常廣，因此在優化機械傳動結構時，要以滿足工業機器人的用途為前提，機械傳統結構布局要按需調整。

3.3設計軟件的操作

工業機器人的智能運行需要結合機器人的實際狀態來調整系統的程序錯誤。在開發系統時，必須考慮到工業機器人的優缺點，這些機器人旨在分析軟件編程操作。根據實際設計標準調整工業機器人的運動結構和功能結構。結合每個結構的不同要求，分析軟件編程標準的遵守情況。面向軟件的設計滿足了實際需求，結合了設計模塊的耦合、軟件編程的改進、對工業機器人運動學的關注以及設計軟件操作應用的優化。

3.4完善DNA計算

有一種剛問世不久的計算思維模式叫DNA計算。DNA計算融合計算與有關生物知識的一種全新計算思維模式，這種計算思維模式可以讓工業機器人對信息數據更好的分析和處理。DNA計算的不同之處在于混合了數據信息，與核酸分子雜交有相似之處。經過篩選的混合數據會出現可利用的串聯數據。DNA計算作為一種全新的計算思維模式，可以幫助工業機器人找到PID最優增益系數。

3.5改進型免疫克隆算法

（1）繁殖池選擇策略。繁殖池選擇策略是現階段應用最廣的免疫克隆算法選擇策略，其主要步驟是先從父代中選擇親和力較強的多個個體，然后依據親和力的強度計算出對應的繁殖數量，然后分別進行克隆復制形成新的不同種群，也被稱謂繁殖池，最后從繁殖池中隨機抽取進行交配，產生的子代種群取代當前種群成為下一個種群，如此，不斷進行優化，是一種選擇壓力較高的選擇策略。（2）等級選擇。等級選擇策略的選擇壓力較低，是一種注重子代多樣性的選擇策略。其主要的步驟為，首先按照父代的親和力對其進行排序，但是其被選擇的概率并不依據其親和力的大小而是按照次序一次進行選擇，如此可以避免親和力較高的父代繁殖過多的子代，而親和力較小的子代繁殖較少，這種選擇策略其后代的多樣性更好。（3）精英選擇。精英選擇策略最為簡單，其就是對親和力最高的個體進行選擇，保證親和力最高的父代肯定可以遺產到子代，精英選擇策略可以快速的尋找到最優參數解，且無需多所有父代進行克隆，因此操作簡便，程序較少，但是其缺點是多樣性較低，主要是依靠個體的高頻變異實現。

結束語

工業機器人在各行各業都有很高的應用價值，對于我國而言，可以通過工業機器人的應用，讓更多從事高強度、高難度、高危險的工作人員得到解放，提高產品的質量和產量同時還能提供安全保障。但是目前我國工業機器人的應用發展還有許多問題亟待解決，而工業機器人智能運動控制方式方法的研究是唯一高效的解決辦法，因此相關技術研發人員和工作人員要不斷提升專業素養，付出更多的努力和汗水研究相關學術知識，讓工業機器人能夠廣泛應用于我國各生產領域，為國家和人民做出貢獻。

參考文獻：

[1]余暕浩.工業機器人智能運動控制方法的分析與研究[J].中國設備工程，2020（22）：25-26.

（作者單位：河南工學院機械工程學院）