智能控制及其在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用分析

葉榮冠　鄭飛杰

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域之中，該技術(shù)已經(jīng)成為各領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分，可以大大提升各領(lǐng)域生產(chǎn)工作的工作效率。而智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，又能顯著提升機(jī)器人的智能水平，對促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展有著重要的意義，是機(jī)器人領(lǐng)域未來的主要發(fā)展方向。本文針對智能控制做出了簡單的概述，并對智能控制的技術(shù)方法做出簡要分析，將智能控制的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行列舉，并詳細(xì)闡述了智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的具體應(yīng)用策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能控制 機(jī)器人技術(shù) 應(yīng)用

Intelligent Control and its Application Analysis in the Field of Robotics

Ye Rongguan，Zheng Feijie

Abstract：with the progress of science and technology， robot technology has been widely used in various fields. This technology has become an indispensable part of various fields， which can greatly improve the work efficiency of production in various fields. The application of intelligent control in the field of robot can significantly improve the intelligent level of robot， which is of great significance to promote the further development of robot technology， and is the main development direction of robot field in the future. This paper makes a simple overview of intelligent control， and makes a brief analysis of the technical methods of intelligent control， enumerates the advantages and disadvantages of intelligent control， and elaborates the specific application strategy of intelligent control in the field of robot for reference.

Key words：intelligent control， robotics， application

1 引言

機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展實(shí)現(xiàn)了各領(lǐng)域的智能化、自動化生產(chǎn)，該技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用減少了生產(chǎn)工作的人力投入，同時也能顯著提升工作效率，也能保證一些精密生產(chǎn)環(huán)節(jié)的精準(zhǔn)性。將智能控制與機(jī)器人技術(shù)有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的有效應(yīng)用，能夠進(jìn)一步提高機(jī)器人技術(shù)的智能化水平，從發(fā)展的角度來看，研究人員應(yīng)該加強(qiáng)智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用性研究。下面就從控制理論的角度，具體分析智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用策略，以求能為機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供具有價值的參考。

2 智能控制的概述

2.1 智能控制的主要概念

智能控制是人工智能技術(shù)與自動控制交叉技術(shù)相結(jié)合誕生的控制理論，在智能控制理論基礎(chǔ)上建立的控制系統(tǒng)具有人工控制的核心系統(tǒng)，同時通過人工輔助與機(jī)器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的控制。在智能控制理論中運(yùn)籌學(xué)的相關(guān)理論是一項(xiàng)重要基礎(chǔ)，其可以根據(jù)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)具體分為分布式、分級式與開放式三種控制模式。智能控制系統(tǒng)具備較強(qiáng)的數(shù)據(jù)信息處理能力，但目前的智能控制技術(shù)水平還只能滿足較簡單的自動控制，主要服務(wù)對象為非線性對象，在以高級自動控制作為目標(biāo)時，控制效果還難以令人滿意。

2.2 智能控制的技術(shù)方法

智能控制的技術(shù)方法主要涉及模糊網(wǎng)絡(luò)智能控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能控制以及分層遞進(jìn)智能控制等，在具體應(yīng)用時，需要多種技術(shù)方法有機(jī)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)。目前，在具體應(yīng)用中最為常見的技術(shù)方法就是模糊網(wǎng)絡(luò)智能控制與專家智能控制法。模糊網(wǎng)絡(luò)智能控制是將數(shù)據(jù)庫、模糊網(wǎng)絡(luò)推理系統(tǒng)、輸出量模塊相結(jié)合的一種技術(shù)方法;專家智能控制法是傳統(tǒng)控制模式與智能控制模式的有效結(jié)合。

3 智能控制的發(fā)展進(jìn)程與技術(shù)方法

隨著人工智能技術(shù)的誕生，智能控制理論也隨之提出，智能控制理論提出了人工智能與自動控制交叉思想相結(jié)合的構(gòu)想，通過智能控制系統(tǒng)對機(jī)械設(shè)備加以控制，提高人工智能控制器的智能水平，從而提高機(jī)器人的智能性，智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，可以讓智能控制、人工與機(jī)器共同組成更加智能化的機(jī)器人，其以智能控制系統(tǒng)、純機(jī)器控制作為核心系統(tǒng)。智能控制這一理論的基礎(chǔ)包含了運(yùn)籌學(xué)的相關(guān)理論，其將人工智能理論與自動控制理論有機(jī)結(jié)合，是傳統(tǒng)控制理論的優(yōu)化改進(jìn)，該理論針對的目標(biāo)為自主智能機(jī)器，最終目的是達(dá)成對機(jī)械設(shè)備的無人操作。在智能控制基礎(chǔ)上建立的控制系統(tǒng)，對綜合信息的處理能力會顯著提升，但其最終目標(biāo)不是為了實(shí)現(xiàn)高級自動控制，而是對控制系統(tǒng)的各方面功能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到完成傳統(tǒng)控制理論無法實(shí)現(xiàn)的控制目的。

4 智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用策略

4.1 機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用策略

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用，機(jī)器人技術(shù)不管在性能方面，還是智能化水平方面，都有了更好的表現(xiàn)，為了滿足對機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用要求，還需進(jìn)一步提高機(jī)器人對綜合信息的處理能力，讓機(jī)器人的控制系統(tǒng)更加完善。將智能控制應(yīng)用在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，可以顯著提升機(jī)器人的控制系統(tǒng)智能化水平，智能控制系統(tǒng)中包含的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有著較高的技術(shù)優(yōu)勢，其對控制路徑的規(guī)劃更加合理、高效。在具體應(yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人主要技術(shù)要求就是對障礙空間與自由空間信息的處理能力，而智能控制系統(tǒng)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以更好的實(shí)現(xiàn)對這方面信息的處理任務(wù)，在處理自由空間信息時，可采用Kohonen神經(jīng)元的權(quán)向量，通過Kohonen神經(jīng)元還獲取相應(yīng)的空間隨機(jī)坐標(biāo)，再完成對自由空間信息的網(wǎng)絡(luò)輸入。在這個自由空間信息的采集之中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對相關(guān)信息有效的保存與學(xué)習(xí)，再通過分布式的體現(xiàn)形式展現(xiàn)出來。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)主要以計(jì)算機(jī)公式來反應(yīng)出來，神經(jīng)功能與模糊控制結(jié)合后，可在系統(tǒng)內(nèi)部形成對機(jī)器人局部區(qū)域動作的合理規(guī)劃，對局部控制器發(fā)送更準(zhǔn)確的行為指令。例如：當(dāng)機(jī)器人需要進(jìn)行行走行為時，就需要通過模糊控制來實(shí)現(xiàn)對行走路徑的調(diào)整。另外，一些仿人型機(jī)器人需要模仿人類進(jìn)行雙足行走，此時機(jī)器人的行走行為就需要通過智能控制技術(shù)來加以輔助，這也是智能控制技術(shù)的機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域較典型的應(yīng)用。目前，智能控制在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用中可解決機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中存在的諸多技術(shù)問題，例如變結(jié)構(gòu)、非線性以及多變量等問題，所以智能控制技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。

4.2 在機(jī)器人行動控制方面的應(yīng)用

目前，智能控制技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中，主要應(yīng)用在提高機(jī)器人行動控制能力的區(qū)域，通過智能控制技術(shù)可以幫助機(jī)器人更好的調(diào)整手部區(qū)域、足部區(qū)域的行動狀態(tài)。拿機(jī)器人手部位置的控制為例，通過計(jì)算機(jī)終端完成對機(jī)器人手部機(jī)械關(guān)節(jié)的運(yùn)動軌跡進(jìn)行合理規(guī)劃，發(fā)送及時、準(zhǔn)確的控制指令，同時實(shí)時反饋動作行為的相關(guān)信息。智能控制系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)終端作為上位機(jī)，以單片機(jī)作為下位機(jī)，下位機(jī)具體完成機(jī)器人區(qū)域位置的運(yùn)動信息采集與處理，再將處理分析后的信息向上位機(jī)反饋，獲取行動指令后完成機(jī)器人手部、足部位置的關(guān)節(jié)運(yùn)動。智能控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微型處理器與上位機(jī)的高效信息交換，對信息的反饋能力有效提升，另外在智能控制系統(tǒng)的輔助下，機(jī)器人各個區(qū)域的關(guān)節(jié)行動更加準(zhǔn)確，機(jī)器人行為表現(xiàn)更加穩(wěn)定，控制誤差明顯減少，這是智能控制技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中的重要應(yīng)用成果。在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中還包含四腳運(yùn)動或輪動的機(jī)器人，這類機(jī)器人在移動過程中，需要通過四腳的運(yùn)動或車輪的滾動實(shí)現(xiàn)移動，智能控制系統(tǒng)中的模糊網(wǎng)絡(luò)智能控制技術(shù)可以很好的實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動行為。在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人移動位置的偏差可以顯著減小，拿機(jī)器人在一個十字路口移動為例，在智能控制系統(tǒng)的輔助下，機(jī)器人可以更好的完成對障礙的回避，以及對行動路線的調(diào)整復(fù)位。智能控制系統(tǒng)在機(jī)器人行動領(lǐng)域中的應(yīng)用，為機(jī)器人提供了兩種不同的行動控制模式，具體為分布式行動與集中式行動。分布式行動可以為機(jī)器人制定相應(yīng)的行動規(guī)則，進(jìn)而完成不同障礙的行動行為，讓機(jī)器人在行動中有效規(guī)避障礙，由此可見智能控制技術(shù)的機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域中的重要應(yīng)用價值。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著機(jī)器人技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用，對機(jī)器人的智能表現(xiàn)有了更高的要求，特別是對機(jī)器人運(yùn)動行為準(zhǔn)確性以及對障礙物的規(guī)避方面。將智能控制技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，可以顯著提升機(jī)器人的行動能力，減少行動中的行為偏差，確保機(jī)器人行動路線的準(zhǔn)確性。另外，通過智能控制系統(tǒng)的輔助，也能顯著提升機(jī)器人的記憶功能，讓機(jī)器人具備一定的學(xué)習(xí)能力，這對提高機(jī)器人的智能化水平有著重要意義，隨著機(jī)器人技術(shù)水平的不斷提升，智能控制技術(shù)必能幫助機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域得到更好的發(fā)展。

基金項(xiàng)目：福建省自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號： 2017J01777）。

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