智能機器人運動控制技術(shù)探討

孫應(yīng)芳

（濟源職業(yè)技術(shù)學院，河南濟源，459000）

0 引言

進入新世紀，我國人工智能技術(shù)、機器人制造技術(shù)等發(fā)展迅猛，智能機器人的應(yīng)用日益廣泛。智能機器人具有功能多、效率高、多自由度操作、能夠代替人類完成危險系數(shù)高的工作等優(yōu)點，在醫(yī)療領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域等的應(yīng)用越來越普遍。運動控制技術(shù)涉及到眾多學科知識，是智能機器人的關(guān)鍵技術(shù)，非常復雜。智能機器人的運動控制需要對離心力、重力、摩擦力等綜合作用進行考慮，通過對運動控制模型的構(gòu)建，確保智能機器人運動控制水平，為智能機器人的 應(yīng)用提供保障。

1 智能機器人運動控制技術(shù)概述

智能機器人是基于對人的運動控制原理的模仿，使智能化工業(yè)生產(chǎn)得到實現(xiàn)的設(shè)備。智能機器人的運動控制系統(tǒng)控制機器設(shè)備，執(zhí)行工業(yè)作業(yè)。智能機器人的核心是運動控制系統(tǒng)。智能機器人的運動控制由包括硬件與軟件兩部分。智能機器人運動控制中執(zhí)行機構(gòu)是步進電機、伺服電機；驅(qū)動機構(gòu)步進驅(qū)動器、伺服驅(qū)動器。智能機器人運動控制器是控制智能機器人運動控制機構(gòu)。智能機器人的固定參數(shù)程序?qū)\動控制器進行觸發(fā)從而實現(xiàn)對固定動作的控制；傳感器、視頻輸入設(shè)備等控制非固定動作。智能機器人借助于運動控制可以實現(xiàn)對機器人手臂運動的控制、機器人運動位置的控制、運動速度的控制等。智能機器人運動控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用的控制系統(tǒng)是PLC 系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的順序控制器中引入自動控制、計算機、通訊技術(shù)等，從而實現(xiàn)運動控制。智能機器人運動控制中應(yīng)用PLC 能夠使系統(tǒng)抵抗干擾的能力與穩(wěn)定性等得到提高，使自動化、智能化得到保障。

2 智能機器人運動控制模型

第一，智能機器人關(guān)節(jié)算法模型。智能機器人的運動控制技術(shù)通常對人體的運動方法進行模仿，因此對智能機器人進行設(shè)計過程中，要求智能機器人能夠和人類一樣使重復性生產(chǎn)作業(yè)要求得到實現(xiàn)。因此，智能機器人運動控制中通過人關(guān)節(jié)算法模型的應(yīng)用，使智能機器人動作的靈活性得到概述。利用對智能機器人關(guān)節(jié)算法模型的優(yōu)化使運動控制算法的計算量得到簡化，智能機器人的關(guān)節(jié)算法模型匹配度得到提高，由此，智能機器人能夠?qū)幼鞲咝?zhí)行，使作業(yè)的靈活性得到增強，復雜動作能夠準確完成，機器人作業(yè)的智能化得到實現(xiàn)。

第二，迭代控制模型。迭代控制模型包括了開環(huán)迭代控制模型、閉環(huán)迭代控制模型、高階迭代控制模型、最優(yōu)迭代控制模型、具有遺忘因子迭代控制模型等多種控制模型。為了使智能機器人的運動控制的收斂性得到滿足，要求智能機器人運動控制模型對精度高的矩陣進行尋找。對于運動控制而言，智能機器人要求較高的收斂速度和收斂精度，特別是在非線性的強耦合的環(huán)境下，智能機器人進行工作，比如跟蹤軌跡等，對迭代收斂精度與速度的要求更高。

第三，完善DNA 控制模型。作為一種新的控制模型，DNA運動控制模型是對放生模擬的前提下，實現(xiàn)了運動控制算法和生物學的融合，借助于把不同的數(shù)據(jù)信息進行串聯(lián)雜交，使智能機器人對信息數(shù)據(jù)進行處理與分析的能力得到提高。DNA 運動控制算法的原理和核酸分子的雜交相類似，利用篩選特定DNA 串聯(lián)的雜交信息數(shù)據(jù)，對最優(yōu)的組合策略進行選擇。隨著PID 最優(yōu)增益系數(shù)的發(fā)展，DNA 運動控制模型的應(yīng)用越來越廣泛，提高了智能機器人運動控制的精度。

3 智能機器人運動控制技術(shù)的實現(xiàn)

第一，智能機器人運動控制的硬件實現(xiàn)。智能機器人的運動控制離不開硬件的支持。智能機器人基于實際生產(chǎn)的作業(yè)需求，對運動控制硬件系統(tǒng)進行設(shè)計，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化智能機器人的硬件和操作系統(tǒng)，使智能機器人能夠滿足生產(chǎn)需求。智能機器人運動控制技術(shù)需要和軟件系統(tǒng)相結(jié)合，為自動化生產(chǎn)提供保障。一般情況下，智能機器人PLC 編碼控制器實現(xiàn)了PLC 控制系統(tǒng)，所以要求對I/O 模塊與PLC 進行選擇，從而建立智能機器人運動控制的智能模塊、HMI 等功能模塊、網(wǎng)絡(luò)信息處理模塊等。此外，需要基于PLC 系統(tǒng)構(gòu)建和其相匹配的硬件操作系統(tǒng)，對USB 接口、RS232 接口等硬件連接設(shè)備進行選擇，為智能機器人的服務(wù)提供硬件支持。

第二，智能機器人運動控制的軟件實現(xiàn)。智能機器人的運動控制的軟件技術(shù)包括了伺服器控制、PC 端工控機兩個方面的內(nèi)容。智能機器人運動控制軟件系統(tǒng)PC 端的核心模塊使用的是具有較高穩(wěn)定性的芯片組、外部存儲接口處理器，從而為智能機器人運動控制的有效操作提供了保障。智能機器人在作業(yè)過程中，借助于通信模塊之間的協(xié)議通信對智能機器人的運動信息進行采集，基于智能機器人運動實際情況對信號指令進行發(fā)送，從而能夠?qū)崟r的監(jiān)控智能機器人的活動位置、活動方向、活動速度等。智能機器人數(shù)字信息網(wǎng)絡(luò)通信，通常通過PLC 協(xié)議對智能機器人各個部分的調(diào)度信息交換進行控制，利用C 語言對指令程序進行編寫，有助于智能機器人運動控制系統(tǒng)的遷移與擴展。在設(shè)計智能機器人運動控制軟件的用戶界面過程中，借助于QMain Windows 類圖形模塊對軟件用戶整體的操作界面的框架進行構(gòu)建，由此智能機器人運動控制系統(tǒng)的各個軟件模塊數(shù)據(jù)信息的交互得到最大程度的實現(xiàn)。首先，利用智能機器人運動控制系統(tǒng)的上下機通訊模塊的建立和運轉(zhuǎn)，對于智能機器人的活動關(guān)節(jié)、操作桿等部分的編碼器的函數(shù)值進行獲取，同時在智能機器人運動控制器內(nèi)卡內(nèi)存儲運動控制的信號命令；其次，通過信息編輯處理器分析智能機器人運動控制卡解析出來的信號指令，信息編輯處理模塊管理并檢測代碼，基于智能機器人操作臂的末端態(tài)勢、停留角度等，利用智能機器人運動學正解和逆解運算對智能機器人運動控制軟件部分進行驗證，使智能機器人的多自由度運動軌跡的規(guī)劃得到實現(xiàn)；再次，智能機器人運動控制人機交互軟件實現(xiàn)可以實現(xiàn)的目的包括，一是實現(xiàn)顯示作用。用戶能夠?qū)?shù)據(jù)的輸入、數(shù)據(jù)的更新動態(tài)等進行查看，從而方便了操作，使智能機器人的工作效率得到提高；二是實現(xiàn)管理作用。對智能機器人運動控制的主要參數(shù)進行設(shè)定，使智能機器人的操作能夠滿足生產(chǎn)要求。

第三，智能機器人運動控制的程序?qū)崿F(xiàn)。智能機器人運動控制程序通常包括流程程序、指令程序、順序程序、應(yīng)用程序等。智能機器人運動控制的實現(xiàn)需要和實際應(yīng)用的領(lǐng)域相結(jié)合，對應(yīng)用程序進行設(shè)計。對智能機器人運動控制PLC 程序進行編制過程中，涉及到的內(nèi)容有表格、SFC、順序圖形圖、算法交互等，基于不同功能、模塊等對合適的編程方法進行選擇。智能機器人運動控制程序編制可以對自動與手動不同的控制模式進行設(shè)置，從而使用戶的不同需求得到滿足。對手動控制模式進行設(shè)置過程中，程序設(shè)計的重點是智能機器人系統(tǒng)調(diào)整、程序編寫；對自動控制模式進行設(shè)置過程中，智能機器人基于PLC 指令對相應(yīng)運轉(zhuǎn)程序進行選擇。智能機器人運動控制程序確保了智能機器人運動控制的實現(xiàn)。

4 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)、人工智能技術(shù)、機器人制造技術(shù)等的發(fā)展，智能機器人憑借效率高、功能多、代替人類從事危險行業(yè)等優(yōu)勢得到了廣泛的應(yīng)用。運動控制技術(shù)是智能機器人的核心技術(shù)。智能機器人的運動控制系統(tǒng)控制機器設(shè)備，執(zhí)行并準確完成作業(yè)。因此，需要加強對智能機器人運動控制技術(shù)的深入研究，為智能機器人行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。