工業(yè)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(fā)展成熟，在人工智能的推動下，我國工業(yè)自動化生產(chǎn)逐漸開始使用工業(yè)機器人。工業(yè)機器人可以按照需求智能化調節(jié)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(yè)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(yè)。各個生產(chǎn)領域應用工業(yè)機器人，不僅可以有效地完成生產(chǎn)作業(yè)，還可以提供安全保障.

【關鍵詞】工業(yè)機器人;智能運動控制;

引言

工業(yè)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(tǒng)。在工業(yè)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(yè)機器人穩(wěn)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(yè)機器人的控制水平，進而促進工業(yè)機器人的發(fā)展與進步。

1工業(yè)機器人智能運動控制方法的意義

1.1提升工業(yè)機器人的生產(chǎn)環(huán)境適應性

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

1.2提升工業(yè)機器人性能，降低生產(chǎn)風險

應用智能運動控制技術的工業(yè)機器人從事工業(yè)生產(chǎn)，讓工業(yè)機器人實現(xiàn)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(yè)機器人的性能，工業(yè)機器人智能運動控制就是讓機器人模仿人工從事工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)，一些高危行業(yè)和作業(yè)需要通過機器人來完成，降低人工操作的風險。

2工業(yè)機器人的基本發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)該部公布的實際發(fā)展需要迅速發(fā)展人工智能，需要根據(jù)潛在的市場需要加強人工智能，在未來十年內使工業(yè)化國家的需求增加20%，并迅速發(fā)展工業(yè)機器人。工業(yè)機器人的發(fā)展速度比國際發(fā)展階段慢。早在1980年代，國外就開始建立機器人的工業(yè)生產(chǎn)，而我國的工業(yè)機器人總體上不足、尺寸差、競爭力差。各國必須增加對工業(yè)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(fā)展水平。國外發(fā)達國家需要迅速發(fā)展，注重工業(yè)機器人的綜合應用，以滿足總需求的增長。

3工業(yè)機器人智能運動控制方法

根據(jù)工業(yè)機器人運行環(huán)境和實際工作需求的不同，目前工業(yè)機器的智能控制方式主要分為軌跡已知工業(yè)機器人的控制方式和軌跡位置工業(yè)機器人的控制方式。相對而言，軌跡已經(jīng)工業(yè)機器人的智能控制較為簡單，其主要適應于流水線式工業(yè)機器人，其工作過程中的所有軌跡移動都是固定已經(jīng)的，因此主要與預置控制為主，只需要根據(jù)動力學工程預置非線性PID控制器神經(jīng)網(wǎng)絡模型便可實現(xiàn)智能控制，通過PID曲邊的變化可以實時監(jiān)測并控制其在工作中的穩(wěn)定性;軌跡未知工業(yè)機器人智能運動控制實現(xiàn)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(xiàn)，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(shù)加權最小二乘法對工業(yè)機器人的工作流程實現(xiàn)實時辨別，可以較好的實現(xiàn)控制效果，避免不良影響。以下簡單介紹一些工業(yè)機器人智能運動控制的算法：

3.1機器人關節(jié)模型辨識算法

軌跡未知工業(yè)機器人智能運動控制中，其高速運行狀態(tài)下較為關鍵的一個環(huán)節(jié)是機器人關節(jié)模型的即時辨別，只有即時辨別機器人關節(jié)模型的運行狀態(tài)與運行軌跡，才可以實現(xiàn)高效的智能控制。現(xiàn)階段應用較廣的關節(jié)模型辨識算法是指數(shù)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(shù)加權小二乘法具有計算量較小，算法簡單直接，對控制系統(tǒng)要求的較低。

3.2優(yōu)化機械傳動結構

工業(yè)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(yè)機器人從事工作生產(chǎn)作業(yè)時，通過優(yōu)化機械傳動結構可以增加協(xié)調性，機械傳動的效率也更高，有助于提升工業(yè)機器人的工作效率。機械傳動結構的準確性、靈活性、穩(wěn)定性是設計機械傳動結構重點考慮的問題。由于工業(yè)機器人的應用領域非常廣，因此在優(yōu)化機械傳動結構時，要以滿足工業(yè)機器人的用途為前提，機械傳統(tǒng)結構布局要按需調整。

3.3設計軟件的操作

工業(yè)機器人的智能運行需要結合機器人的實際狀態(tài)來調整系統(tǒng)的程序錯誤。在開發(fā)系統(tǒng)時，必須考慮到工業(yè)機器人的優(yōu)缺點，這些機器人旨在分析軟件編程操作。根據(jù)實際設計標準調整工業(yè)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(yè)機器人運動學的關注以及設計軟件操作應用的優(yōu)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(yè)機器人對信息數(shù)據(jù)更好的分析和處理。DNA計算的不同之處在于混合了數(shù)據(jù)信息，與核酸分子雜交有相似之處。經(jīng)過篩選的混合數(shù)據(jù)會出現(xiàn)可利用的串聯(lián)數(shù)據(jù)。DNA計算作為一種全新的計算思維模式，可以幫助工業(yè)機器人找到PID最優(yōu)增益系數(shù)。

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(xiàn)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(jù)親和力的強度計算出對應的繁殖數(shù)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(chǎn)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(yōu)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(jù)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(chǎn)到子代，精英選擇策略可以快速的尋找到最優(yōu)參數(shù)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(xiàn)。

結束語

工業(yè)機器人在各行各業(yè)都有很高的應用價值，對于我國而言，可以通過工業(yè)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(chǎn)品的質量和產(chǎn)量同時還能提供安全保障。但是目前我國工業(yè)機器人的應用發(fā)展還有許多問題亟待解決，而工業(yè)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(fā)人員和工作人員要不斷提升專業(yè)素養(yǎng)，付出更多的努力和汗水研究相關學術知識，讓工業(yè)機器人能夠廣泛應用于我國各生產(chǎn)領域，為國家和人民做出貢獻。

參考文獻：

[1]余暕浩.工業(yè)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）