基于工業(yè)機(jī)器人的智能化運(yùn)動(dòng)控制模式分析

摘要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人作為新型檢測(cè)科技水平的標(biāo)志之一，出現(xiàn)在大眾的視野中。機(jī)器人技術(shù)，是一門(mén)集計(jì)算機(jī)學(xué)、信息與傳感技術(shù)、仿生學(xué)等人工智能學(xué)科為一體的綜合性學(xué)科，在促進(jìn)社會(huì)工業(yè)化生產(chǎn)和提高產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化方面，做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，也極大提高了居民生活水平，為人們的生活帶來(lái)巨大的便利。本文通過(guò)對(duì)工業(yè)機(jī)器人智能化運(yùn)動(dòng)控制模式的分析，旨在能夠更為深入的了解和掌握這門(mén)技術(shù)，使其能夠發(fā)揮出真正的作用與價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能化運(yùn)動(dòng);控制模式;工業(yè)機(jī)器人

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009- 3044（2020）09-0179-02

進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異。工業(yè)機(jī)器人作為一項(xiàng)重要的研究成果，不僅是我國(guó)生產(chǎn)力水平證明的標(biāo)志之一，同時(shí)也極大提高了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。一方面，工業(yè)機(jī)器人作為新興科技，不僅有國(guó)家政策的大力支持，同時(shí)也具有帶動(dòng)企業(yè)發(fā)展，提高企業(yè)效率的作用，就目前情況而言，工業(yè)機(jī)器人的投入使用在近代工業(yè)自動(dòng)化的過(guò)程中已經(jīng)成為一種必然的趨勢(shì)。另～方面，工業(yè)機(jī)器人作為智能化產(chǎn)物，能夠通過(guò)對(duì)人的思維和行為的模仿，來(lái)進(jìn)行相關(guān)任務(wù)和工作需要，在未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)中，機(jī)器人勢(shì)必會(huì)具有更為人性化的需求與功能，從而達(dá)到解放人類雙手的目的。機(jī)器人在日常使用中，不僅僅是滿足簡(jiǎn)單機(jī)械化的勞動(dòng)，同時(shí)也能夠通過(guò)一定的程序操作來(lái)滿足智能化的要求，例如在掃地機(jī)器人中的感應(yīng)裝置，電梯扶梯中的紅外線與重力感應(yīng)，甚至是手機(jī)中的智能語(yǔ)言對(duì)話，都是智能化的表現(xiàn)和應(yīng)用。因此，解決機(jī)器人動(dòng)作設(shè)定和思維模式的關(guān)鍵之處在于對(duì)智能控制系統(tǒng)的優(yōu)化與更新。通過(guò)對(duì)機(jī)器人智能控制系統(tǒng)的優(yōu)化，提高機(jī)器人的工作能力與感應(yīng)敏感程度，符合人類對(duì)機(jī)器人構(gòu)造的基本設(shè)想，從而達(dá)到機(jī)器人與環(huán)境相適應(yīng)的要求，為人類生活提供便利。

在目前我國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型目標(biāo)最為主要的三個(gè)方面分別是機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)以及數(shù)字化技術(shù)。其中，人工智能作為轉(zhuǎn)型目標(biāo)，是三個(gè)技術(shù)中最為主要的，同時(shí)也是最為復(fù)雜的，而機(jī)器人技術(shù)則是發(fā)展中的硬件必須。因此，對(duì)機(jī)器人的智能化控制成為當(dāng)前研究與討論的熱點(diǎn)。一方面，人工智能雖然是近年來(lái)才被提出，但是發(fā)展速度較快，并且有先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)借鑒，在未來(lái)應(yīng)用中，具有更廣闊的前景和應(yīng)用領(lǐng)域。另一方面，智能制造作為新時(shí)代科技發(fā)展的必然趨勢(shì)，已經(jīng)具備基本的智能操作系統(tǒng)。目前，我國(guó)應(yīng)用智能控制機(jī)器人的高端產(chǎn)業(yè)就有很多。首先是焊接機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域的嶄露頭角。焊接工藝作為一項(xiàng)傳統(tǒng)的工業(yè)中不可缺少工藝，較多應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)。焊接機(jī)器人的出現(xiàn)，不僅能夠很好的解決焊接工藝對(duì)人體造成的危害和對(duì)眼睛的傷害，同時(shí)也能夠減少焊接誤差，能夠做到人類肉眼看不到的焊接細(xì)縫，從而提高焊接工藝的精確程度和耐用牢固程度。

其次是搬運(yùn)機(jī)器人。在物流行業(yè)中使用最多，作用最大的新型工業(yè)產(chǎn)物。將智能機(jī)器人適用于物流工業(yè)中，不僅能夠有效的代替?zhèn)鹘y(tǒng)費(fèi)力的勞動(dòng)力，改變傳送帶時(shí)代運(yùn)輸環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)也能夠極大減少了人工工作時(shí)間，從而提高工作效率，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。一方面，搬運(yùn)機(jī)器人相比較于傳統(tǒng)的搬運(yùn)方式來(lái)說(shuō)，大大提高了搬運(yùn)速度，在高度與負(fù)重方面，也有很大進(jìn)步。我國(guó)現(xiàn)在承重量最大的機(jī)器人能夠承重一千三百千克，完成垂直五米以內(nèi)的各種運(yùn)動(dòng)工作。另一方面搬運(yùn)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)六個(gè)自由度，將誤差減少至一毫米之間。但就目前而言，由于我國(guó)關(guān)于這方面的科技開(kāi)發(fā)較晚，發(fā)展速度仍然落后于其他國(guó)家。

最后是智能機(jī)器人在鋼鐵領(lǐng)域的應(yīng)用。在鋼鐵領(lǐng)域最常用到的是自動(dòng)拆捆機(jī)器人，自動(dòng)取樣機(jī)器人，自動(dòng)貼標(biāo)簽機(jī)器人，三個(gè)機(jī)器人。由于鋼鐵行業(yè)多使用冷軋生產(chǎn)工藝，所以在操作過(guò)程中，需要三個(gè)類型的機(jī)器人完成不同階段的工作。一方面，不僅能夠有效減少傳統(tǒng)工作時(shí)間，提高工作效率。另一方面，人工干預(yù)的減少也降低了意外事故和勞動(dòng)力成本。可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)其他方面的發(fā)展，從而推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和提高。

因此，相比較于傳統(tǒng)制造工業(yè)中效率低，安全性能低等特點(diǎn)，智能機(jī)器人的投入和使用，是智能時(shí)代的必然趨勢(shì)，也是現(xiàn)代各行各業(yè)尋求經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要手段和途徑。就目前發(fā)展形勢(shì)而言，智能機(jī)器人的開(kāi)發(fā)和利用仍然有較大的發(fā)展空間，在推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的同時(shí)，還需要讓機(jī)器人能夠很好地融人現(xiàn)實(shí)世界，為人類提供更為便利的幫助。這就需要我們?cè)诮?jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，加大對(duì)人工智能發(fā)展的投入和研究，提高對(duì)人工智能控制系統(tǒng)的優(yōu)化和更新，因此，需要我們對(duì)當(dāng)前人工智能運(yùn)動(dòng)控制模式有一定的了解。

1 工業(yè)機(jī)器人智能化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人的組成總共分為三個(gè)部分，即主體，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。主體就是我們所看到的機(jī)器人本身，由于具有模仿人的特性，因此機(jī)器人的主體包括手部，腕部，臂部三個(gè)部位。在不同的部位，擁有不同的自由度，即獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的參數(shù)。例如，在手部擁有四到七個(gè)自由度，腕部有二到三個(gè)自由度，臂部則有四到五個(gè)自由度。這些自由度的裝置，主要是為機(jī)器人規(guī)定位置的坐標(biāo)數(shù)目，以保證機(jī)器人在每個(gè)動(dòng)作之間都保持相同的跑頻率和距離。

其次是在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包括傳動(dòng)裝置與動(dòng)力結(jié)構(gòu)。如果主體作為硬核，那么驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是主體的發(fā)動(dòng)機(jī)。其中傳動(dòng)裝置可以說(shuō)是機(jī)器人的牽引力與拉力的裝置，而動(dòng)力結(jié)構(gòu)則是對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)，促使機(jī)器人按照固定的軌跡完成動(dòng)作，并保證動(dòng)作的持續(xù)性與重復(fù)性。

最后是工業(yè)機(jī)器人最為核心的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)作為工業(yè)機(jī)器人的中樞系統(tǒng)，內(nèi)部裝置較為復(fù)雜，總共分為五個(gè)部分。第一是對(duì)機(jī)器人本身自由度的坐標(biāo)點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。不同的坐標(biāo)與軌跡能夠控制機(jī)器人的手足狀態(tài)，從而支撐機(jī)器人完成機(jī)械動(dòng)作。第二是對(duì)機(jī)器人自由度之間的相互協(xié)調(diào)配合的設(shè)置，由于機(jī)器人受自由度數(shù)量的限制，因此，形成多變量的控制系統(tǒng)就顯得尤為重要。第三是通過(guò)對(duì)機(jī)器人下定義，即命令格式，保證機(jī)器人的正常工作和安排相應(yīng)的其他工作內(nèi)容，主要目的是通過(guò)一定的代碼形式，讓機(jī)器人能夠有自己本身的分辨能力，從而更好地完成任務(wù)。第四由于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述是非線性數(shù)學(xué)模型，因此，在外力環(huán)境與機(jī)器人本身狀態(tài)的不斷變化中，機(jī)器人本身參數(shù)設(shè)置也會(huì)隨之發(fā)生改變，所以，僅僅使用位置閉環(huán)的方式往往是無(wú)法達(dá)成目的的，同時(shí)，我們應(yīng)該選擇加速度或者速度閉環(huán)，來(lái)解決機(jī)器人參數(shù)變化幅度問(wèn)題。第五是機(jī)器人控制系統(tǒng)的最優(yōu)化。一方面，在現(xiàn)行的機(jī)器人之中，能夠?qū)I(yè)發(fā)展產(chǎn)生較大的幫助，但由于技術(shù)發(fā)展程度的有限性，機(jī)器人使用范圍仍然較為狹窄，基于此，擴(kuò)大機(jī)器人的使用范圍和提高現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人的工作效率成為當(dāng)前對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)優(yōu)化的主要目標(biāo)。另一方面，機(jī)器人的發(fā)明和使用，不僅僅滿足于簡(jiǎn)單的工業(yè)制造行業(yè)，智能機(jī)器人的使用是為了以解放人類雙手為目標(biāo)而實(shí)現(xiàn)的，因此，在機(jī)器人控制系統(tǒng)中，需要植入具有人的思維模式的新型控制模式，以便于機(jī)器人能夠更好地感受人類復(fù)雜的情感和思想，從而能夠更好地融人社會(huì)生活，為人類發(fā)展提供便利。

2 工業(yè)機(jī)器人智能化運(yùn)動(dòng)控制方式

工業(yè)機(jī)器人智能化運(yùn)動(dòng)控制方式由四個(gè)方面展開(kāi)。在此之前，我們需要了解到工業(yè)機(jī)器人智能化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，根據(jù)不同的特點(diǎn)來(lái)更好的區(qū)別控制方式。

首先，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)都是以相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)來(lái)完成，因此，為了保證機(jī)器人在工作中的平穩(wěn)運(yùn)行，首先需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行準(zhǔn)確的坐標(biāo)設(shè)置，同時(shí)，由于機(jī)器人在任務(wù)過(guò)程中，需要不停變換，因此，在坐標(biāo)點(diǎn)的選擇和確定上，都需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q。與工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)特點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的控制方式是點(diǎn)位控制方式，通過(guò)對(duì)機(jī)器人的坐標(biāo)定位，進(jìn)一步對(duì)工業(yè)機(jī)器人姿勢(shì)進(jìn)行控制，從而完成機(jī)器人促使機(jī)器人能夠快速準(zhǔn)確地完成固定點(diǎn)的任務(wù)。

其次是工業(yè)機(jī)器人需要自由度。自由度是工業(yè)機(jī)器人完成不同的任務(wù)，在進(jìn)行連續(xù)操作時(shí)，對(duì)連續(xù)動(dòng)作的設(shè)定。以此來(lái)完成全部動(dòng)作任務(wù)。而相對(duì)應(yīng)的控制方式是對(duì)工業(yè)機(jī)器人連續(xù)軌跡的控制。連續(xù)軌跡的控制是在機(jī)器人位置坐標(biāo)確定后的控制方式，通過(guò)對(duì)機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行一種姿勢(shì)變換的連續(xù)控制行為。通過(guò)該方式能夠使機(jī)器人連續(xù)不間斷的完成相關(guān)任務(wù)，相比于點(diǎn)式控制方式，連續(xù)控制方式能夠更好地保證機(jī)器人在操作過(guò)程中的準(zhǔn)確與平穩(wěn)。

最后，機(jī)器人有可以通過(guò)計(jì)算機(jī)等多種方式來(lái)進(jìn)行控制的特點(diǎn)。一方面，機(jī)器人雖然具有人的外形特征，但是在思維方式和語(yǔ)言交流上仍有欠缺，因此，在控制機(jī)器人時(shí)，同樣需要輸入機(jī)器人能夠讀懂的語(yǔ)言.即代碼方程，以此可以控制機(jī)器人的行為動(dòng)作。另一方面，由于機(jī)器人適應(yīng)范圍的不斷增加和現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，我國(guó)現(xiàn)有機(jī)器人已經(jīng)能夠識(shí)別準(zhǔn)確的人類語(yǔ)言，以直接的語(yǔ)言溝通方式來(lái)完成對(duì)機(jī)器人指令的操作，從而完成相關(guān)任務(wù)。但在目前，由于我國(guó)人文地理較為復(fù)雜，機(jī)器人的識(shí)別能力有限，因此，在未來(lái)的發(fā)展中，需要提高機(jī)器人的智能識(shí)別能力，同時(shí)增加機(jī)器人的資源儲(chǔ)備，以便于更好地服務(wù)于人類社會(huì)。

3 結(jié)論

綜上所述，在機(jī)器人相關(guān)技術(shù)快速穩(wěn)定發(fā)展的趨勢(shì)下，我國(guó)機(jī)器人在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大，在機(jī)械加工領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，同時(shí)，應(yīng)用前景也更加廣闊。并且作為先進(jìn)制造技術(shù)的典型代表，工業(yè)機(jī)器人是機(jī)械加工自動(dòng)化發(fā)展的主要方向。在國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)步的趨勢(shì)下，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)朝向高精確度與智能化方向快速發(fā)展，以此更好地適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要。

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【通聯(lián)編輯：張薇】

作者簡(jiǎn)介：周晴（1978-），女，江蘇武選人，碩士，講師，主要研究方向：自動(dòng)化控制、信號(hào)與系統(tǒng)分析。