智能控制在機(jī)器人中的應(yīng)用研究

董娜娜

（長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 132000）

智能控制是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，隨著信息化社會(huì)建設(shè)程度的逐步深入，其影響也更加深入廣泛，是現(xiàn)代制造領(lǐng)域不可或缺的重要基礎(chǔ)。尤其是工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，沒有智能控制發(fā)揮關(guān)鍵的控制作用，將無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化的操作流程，也很難得到更大程度的使用。作為世界最重要的制造業(yè)大國(guó)，我國(guó)機(jī)器人使用非常廣泛，而智能控制技術(shù)也得到高質(zhì)量和高速度的發(fā)展。隨著智能控制需求市場(chǎng)的逐步擴(kuò)大和深入，其技術(shù)研發(fā)也得到更多投入。

1 智能控制的發(fā)展

智能控制是對(duì)自動(dòng)控制的進(jìn)一步發(fā)展，是將先進(jìn)的智能化技術(shù)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域的突破，是目前自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)最核心的技術(shù)。智能控制技術(shù)整合了包括人工智能、信息通信、神經(jīng)物理、系統(tǒng)控制、計(jì)算機(jī)等相關(guān)學(xué)科技術(shù)。因?yàn)橹悄芸刂频闹T多優(yōu)勢(shì)被不斷開發(fā)和創(chuàng)新，其應(yīng)用領(lǐng)域也得到普遍的認(rèn)可。就現(xiàn)階段來說，對(duì)于智能控制的相關(guān)理解和認(rèn)識(shí)還需要進(jìn)一步探索，甚至其準(zhǔn)確的定義都沒有達(dá)成必要的統(tǒng)一，而只是一種描述性的界定。比如IEEE控制系統(tǒng)協(xié)會(huì)就將智能控制技術(shù)闡述成一種高度集成化的信息系統(tǒng)，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人類學(xué)習(xí)和自適應(yīng)等功能的有效模擬，并可以具體完成預(yù)先設(shè)定的一系列工作內(nèi)容。因此，智能控制系統(tǒng)具備一定的學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)能力，可以不同程度適應(yīng)環(huán)境的一些變化情況，針對(duì)多種信息和數(shù)據(jù)，進(jìn)行有效有度的處理，并可以實(shí)現(xiàn)信息不確定性處理的信度和有效率。此外，智能控制系統(tǒng)可以對(duì)信息處理方式進(jìn)行優(yōu)化選擇，并完成各種預(yù)定的工作內(nèi)容，完成作業(yè)目標(biāo)要求。基于智能控制的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，其在機(jī)器人領(lǐng)域有非常深入的運(yùn)用，是整個(gè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的核心技術(shù)，是機(jī)器人完成預(yù)期功能的最重要技術(shù)基礎(chǔ)。

2 智能控制在機(jī)器人中的應(yīng)用研究

智能控制是機(jī)器人技術(shù)的靈魂，沒有智能控制技術(shù)就沒有機(jī)器人的高速發(fā)展和充分運(yùn)用。為進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用，就必須強(qiáng)化智能控制技術(shù)的研究，針對(duì)一些智能控制理論和技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展，取得更適應(yīng)現(xiàn)代應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)。

2.1 傳統(tǒng)智能控制技術(shù)的缺陷

對(duì)于傳統(tǒng)的智能控制理論和技術(shù)而言，其是目前用于機(jī)器人領(lǐng)域的智能控制技術(shù)的基礎(chǔ)，而且相對(duì)來說，其工業(yè)領(lǐng)域中存在的一些顯著技術(shù)缺陷限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。

（1）系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)方式的缺陷。傳統(tǒng)控制技術(shù)采用線性控制系統(tǒng)，所有操作更加單一程序化，而對(duì)生產(chǎn)中處理更加復(fù)雜、變量更多的情況將非常困難，也無法通過計(jì)算機(jī)算法建立數(shù)學(xué)模型來針對(duì)一些實(shí)際問題進(jìn)行解決。

（2）系統(tǒng)適應(yīng)能力差。傳統(tǒng)控制技術(shù)的開發(fā)大多是基于理想情況和條件所獲得的，如果實(shí)際的生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生一些變化，系統(tǒng)就會(huì)變得無所適從。

（3）系統(tǒng)不具備學(xué)習(xí)能力。傳統(tǒng)的智能控制技術(shù)的硬件和軟件都屬于比較低配的標(biāo)準(zhǔn)，在性能上存在很大的缺陷，如果系統(tǒng)建設(shè)完成就要按照預(yù)設(shè)的流程完成工作，而不會(huì)通過升級(jí)軟件提升系統(tǒng)的使用范圍。

2.2 智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

對(duì)于智能控制而言，其核心就是更加智能化的計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的應(yīng)用。通過計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的算法控制，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人更加復(fù)雜化和多元化的操作，并針對(duì)各種環(huán)境變化和任務(wù)需求，做出主動(dòng)調(diào)整，顯示出更多智能化的特征。

（1）智能控制對(duì)于機(jī)器人視覺伺服控制的作用。從目前的運(yùn)用情況看，智能控制已充分應(yīng)用于機(jī)器人的各種控制過程，比如可以將智能控制與機(jī)器人的整個(gè)視覺伺服系統(tǒng)進(jìn)行有效結(jié)合，這是機(jī)器人智能控制研究的重要課題。在具體的應(yīng)用中，可以將將智能控制優(yōu)勢(shì)、傅里葉算子以及幾何矩陣等算法當(dāng)作機(jī)器人視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息輸入來源，保證六自由度的機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)全面準(zhǔn)確的定位。機(jī)器人依靠智能控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)全局性的圖像分析，能夠更好適應(yīng)各種生產(chǎn)目標(biāo)和環(huán)境需求，并有效提升工作中的定位準(zhǔn)度和精度。同時(shí)，也可以采用BP網(wǎng)絡(luò)與Kohonen網(wǎng)絡(luò)來完成機(jī)器人的整個(gè)視覺系統(tǒng)控制。BP網(wǎng)絡(luò)利用機(jī)器人手臂上裝設(shè)的兩個(gè)攝像機(jī)對(duì)視覺信號(hào)進(jìn)行采集，促進(jìn)機(jī)器人對(duì)局部動(dòng)作的有效控制。而Kohonen網(wǎng)絡(luò)利用攝像機(jī)對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的記錄，并可以將獲得的信息進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成視覺信息完成全局控制目的。從機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)發(fā)展來看，需要用到自動(dòng)實(shí)施的控制算法。此算法可以有效降低應(yīng)用誤差，防止機(jī)器人工作過程中發(fā)生操作震顫等問題。對(duì)視覺伺服系統(tǒng)整合進(jìn)行FCMAC算法，此智能控制算法的特點(diǎn)是可以對(duì)動(dòng)態(tài)化內(nèi)容穩(wěn)定跟蹤，并對(duì)靜態(tài)內(nèi)容準(zhǔn)確進(jìn)行定位。

（2）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的控制。對(duì)于機(jī)器人的設(shè)計(jì)來說，其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以分兩級(jí)，上級(jí)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)用于對(duì)機(jī)器人的整個(gè)運(yùn)動(dòng)途徑實(shí)施集中的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，而下級(jí)系統(tǒng)則主要對(duì)機(jī)器人所形成的運(yùn)動(dòng)路徑完成分布管理控制。這里說的集中設(shè)計(jì)規(guī)劃，就是為生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)所用到的機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的路徑制定設(shè)計(jì)，并規(guī)劃?rùn)C(jī)器人關(guān)鍵部位的運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)及其終點(diǎn)的位置和目標(biāo)。集中設(shè)計(jì)整個(gè)控制要明確一個(gè)設(shè)計(jì)前提，需要假設(shè)機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)路線內(nèi)無障礙，并且此時(shí)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)控制還要具備一套系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)則，其運(yùn)動(dòng)要制定更加優(yōu)先化的設(shè)計(jì)，不同功能的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中會(huì)有優(yōu)先的通過選擇權(quán)，這可有效協(xié)調(diào)并設(shè)計(jì)機(jī)器人的速度，防止發(fā)生彼此的干擾問題。

3 結(jié)語

對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)來說，機(jī)器人是最重要的工具和技術(shù)基礎(chǔ)，而要想這些機(jī)器人能夠發(fā)揮更加復(fù)雜和重要的作用，就必須提升機(jī)器人控制技術(shù)的智能化程度。這種提升表現(xiàn)為兩個(gè)方面：一是智能控制理論的發(fā)展，二是實(shí)現(xiàn)技術(shù)的拓展。智能控制的相關(guān)理論和技術(shù)是目前機(jī)器人技術(shù)的核心內(nèi)容，其發(fā)展程度也標(biāo)志著機(jī)器人技術(shù)的最高應(yīng)用水平。可以預(yù)見，隨著智能控制技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化和不斷發(fā)展，其在機(jī)器人中的應(yīng)用將更加深入。