工業機器人的智能化運動技術控制方式的研究

范國華

摘要：隨著改革開放的逐年深入，我國經濟得到了顯著的提升，隨之而來，科技水平也快速地升高。為了使我國當前的工業化進程有所提高，在各領域進行工業生產時工業機器人被廣泛應用，大大解放了我國工業一線工作者的勞動力，有效地提高了工作效率。工業機器人在汽車行業的作用越來越重要，它可以以自己固有的動力以及控制能力為基礎來幫助提高汽車制造每個環節的生產效率。然而，工業機器人的智能控制是目前最大的挑戰，也成為了當前最大的發展機遇。因此，本文闡明了工業機器人智能化控制方式的目的，并介紹分析工業機器人的運動控制現狀及控制方法。

關鍵詞：工業機器人;智能化運動;控制方法

0? 引言

隨著傳感技術、機械技術、信息技術以及智能化水平的迅速發展，工業機器人行業的發展也取得了喜人的成績，進一步推動了汽車行業、機械電子以及醫療等相關領域的發展，極大地提高了我國的社會生產力。在未來很長一段時間內的發展規劃中，對智能化技術應用的要求也將會隨之升高，這就要求智能化運動技術研究水平的也要做出進一步的提升。工業機器人實現智能化的關鍵是要實現智能化運動控制。

1? 工業機器人在汽車行業的應用

汽車車體的薄板件焊接主要由焊接機器人負責。經相關統計，每輛汽車大概有3000到4000個焊點。點焊機器人要負責完成其中的60%，特別是在生產量很大的生產線上，點焊機器人可多達15O臺。手工焊接既會對工作人員造成傷害，又不能使焊接質量達到統一標準。這就展示了焊接機器人的優勢：所需面積小，精度高，示教簡單，具有較高質量的焊點。

根據相關數據顯示，裝配所需的人力占整個汽車裝配過程所需人力的50-60%。其優勢在于精度高、柔性好，所需空間較小，并且還可以與其他的設備連用，裝配效率得到了有效的提高。所以裝配機器人成為了裝配工作的主流。

噴漆機器人負責完成車體表面的噴漆工作。噴漆機器人的優勢在于可以按照預設軌跡高速運行，實現高效高質量移動噴漆。

除上述應用外還有搬運機器人、液體物質填充加機器人、涂膠機器人等。所以機器人對未來汽車行業的發展舉足輕重，但是目前的應用于汽車產業氣的機器仍存在許多問題，所以需要科研工作者對其控制方式需要進一步的探索，以減小機器人在作業時的誤差。

2? 工業機器人智能化運動技術的研究現狀

工業機器人大多依靠多線程輸入與輸出的軟性控制對傳感裝置、控制器和伺服驅動系統進行驅動，從而起到代替人工的作用。目前在運動控制方面不盡人意，應用需求與實際狀況不符，較難滿足實際生產需要。機器人運動控制的意圖在于驅動力矩要被合理地分配到每個機械設備運行的關節，進而使機器人的位置、速度等不同的狀態變量可以符合生產過程中所要求的軌跡，從而完成智能化控制。使機器人變得可以更加“聰明”，按更高的標準完成工作。而當前的機器人只有編程和操作能力，未能達到工業機器人智能化運動控制的標準。迄今為止，工業機器人智能化運動控制研究面臨著較多的不足之處，主要有以下五點。

第一：高速運轉時機器人不能完成相應的控制;

第二：智能化運動控制系統未能與不同類型傳感器有機融合;

第三：缺乏自主導航和定位的核心技術;

第四：路徑規劃仍舊不能滿足理想狀態的最優解;

第五：模糊控制的規則庫的大小同推理時長存在著矛盾，目前仍未得到解決。

3? 工業機器人智能化運動控制方法說明

3.1 自適應控制

現今，我國的自適應控制可以達到智能化控制工業機器人的水平。從21世紀始，眾多自適應控制方向的科研人員在不同層次、不同方面進行了自適應控制的研究。其最為基本的要求為：在實際的操作過程中，機器人可以根據自己的系統進行自適應調節從而將運行參數做出相應的調整以應對系統數據輸入以及外界干擾而發生大幅度的變化，進而保證輸出的工作內容依然能夠處于較為穩定的區域中。同時，還能夠保證運動控制的結果滿足對接部分的工作要求。若要使用自適應控制方法，大量的計算就會隨之而來，這是因為該方法要求機器人在進行實際工作時，可以實時識別各個運行參數，而在非參數無法確定時進行大量的計算就要求更高的系統的穩定性。一部分相關領域的研究人員進行了多方面的相應研究，如從參數跳變、無模型等，以解決自適應控制領域中的理論問題。

3.2 模糊邏輯控制

20世紀60年代，科研工作者開始探索模糊邏輯控制論，在最近的十年中，該方向的研究也更為深入，迄今為止，該理論的使用頻率較高。模糊邏輯控制論也被稱作語言控制。在工業機器人的智能運動控制設計方向上，它的工作原理是首先利用模糊控制器將傳感器所收集的數據信號模糊化，然后再利用模糊邏輯與模糊推論進行推理輸出相應的模糊結果，將模糊結果進行相應的解模糊化處理，便可以應用在系統控制，來保障運動控制可以滿足智能化處理的標準。從某種程度而言，模糊邏輯控制理論與人類智能活動的處理方法相似，在其應用過程中需要制定有效地模糊控制規則并確定隸屬度函數。該理論能夠極盡所能地簡化控制系統，可以利用與語言類似的方式描述模糊變量描述，而不是采用復雜的數值方式。在不完全依賴數學模型的基礎上，可以應用自然語言來實現人機對話，進而賦予智能系統更強的抗干擾能力以及更好的容錯性。然而在基于模糊邏輯控制論下對工業機器人進行智能化運動控制，機器人在實際工作的過程中局部震蕩的情況會經常發生;在障礙物出現時，要利用自適應PID控制方法來進行進一步的精確控制，以保證機器人可以順利規避障礙規避，使其適應于運行環境。

3.3 神經網絡控制

神經網絡控制的特點主要有4個：非線性、非局限性、非常定性和非凸性。本文所提及的理論也具有以上的某些特點，但是某些特點則是只有神經網絡控制模型才具有的。神經網絡模型不僅僅能應用在智能化運動控制工業機器人方向，還可以加強機器人的軌道控制，使機器人的控制更加的智能化和便利化，同時這種網絡模型可以更好的配合其他設備來完成工作，機器人的操作也會更加的精確，避免機械手臂在作業中所出現的一些故障，并且該方法還可以整體提升機器人視覺系統與導航的性能，有效地擴大了工業機器人的應用范圍。除以上提及的較強的自學能力和自適應性外，因其具有高魯棒性，工業機器人的智能化運動控制得到了進一步的提升。由于智能化系統具有很高的精密性，在運行的過程中某些參數出現偏差，智能化系統也可以確保系統的運行穩定，有一定的功能來維持工作繼續的開展。迄今為止，我國的科研工作者將各個類型神經網絡控制系統廣泛地應用于各個領域的機器人且取得喜人的成果。以神經網絡控制技術為基礎的的智能化運動控制機器人在未來仍會具有較大的發展空間，在將來的市場上占據主導位置，會為工業機器人更為廣泛地應用奠定深厚的基礎。

3.4 迭代學習控制

起初，技術界并未認可迭代學習控制理論。然而當其在智能化運動控制方向進行應用時，可以快速簡單處理不穩定的動態系統，在處理方式上也并不需要知識和計算的支持，同時也不完全依賴于高精度的數學建模系統。當系統運行的重復率較高時，通過該方法而得到的結果與理想值高度相似，所以，相關科研工作者也認識到了迭代學習控制理論的重要性。工業機器人的智能化控制也可以使用迭代學習控制理論，首先，要掌握智能化控制系統的算法，而迭代學習控制算法也包含在其中;其次，要根據機器人的具體工作與完成的操作來確定系統方案，系統方案的制定包含很多方面，機器人的每個組成甚至是軟件結構、設備上都要明確，每一個環節都不能夠忽視，這才能夠體現出高科技產品的價值和作用，最后，系統的方案制定后，要根據每個環節來設計軟甲程序，確保智能化控制能夠有效運行。

4  工業機器人智能化運動技術控制方式發展趨勢

智能化運動技術的控制方法對整個工業機器人方向的發展有著至關重要的作用。所以，在某種程度上來講，智能化運動技術的發展趨勢決定了工業機器人的未來發展趨勢，以下方面都清楚地表述了智能化運動技術控制方式的未來發展趨勢。

首先，整個領域智能化控制能力的研究逐漸深入，所以任何一種控制方式方法都會被深入探索。在設計工業機器人的過程中及其實際生產過程中要更廣泛地運用新興技術，有效地擴大其使用范圍，且操作和維護更為簡單便利。

其次，工業機器人智能化控制未來發展的方向就是仿生。不同的行業也積極的使用工業機器人來提高工作效率和工業發展水平，進一步保證一線工作人員的人身安全，拓寬工業生產范圍。

最后，隨著科技的發展，將工業機器人與各種傳感器相互融合。目前理論上即使傳感器和機器人有機拼接的創新在理論已經使得工業機器人在智能化控制研究方向有了更好的發展，然而在進行實際研發時研究過程會受到研究材料的限制，致使二者的有機結合仍未能得到令人滿意的結果。因此若要將工業機器人智能化運動控制切實地應用與實際的工業生產過程中就需要眾多科研人員不斷地提高該領域的研究水平。

5? 結束語

工業機器人可以有效的解放在我國大量各領域勞動密集型人員，并且還能來提高工作效率和安全性。然而，目前的研究發展仍然有大量的問題亟待解決，此時工業機器人智能運動控制方式就是解決問題的關鍵點，所以需要大量的科研人員與一線工作人員朝著一個目標努力，完善工業機器人的智能化控制方式，擴大工業機器人的使用范圍。

參考文獻：

[1]王新星.工業機器人智能運動控制方法的分析與研究[J].今日科苑，2015（12）：76.

[2]張鵬程.六自由度機器人智能控制算法的研究[D].廣州：華南理工大學，2011.

[3]丁度坤.工業機器人智能運動控制方法的分析與研究[D].廣州：華南理工大學，2010.