工業(yè)機器人的智能化運動技術(shù)控制方式的研究

范國華

摘要：隨著改革開放的逐年深入，我國經(jīng)濟得到了顯著的提升，隨之而來，科技水平也快速地升高。為了使我國當(dāng)前的工業(yè)化進程有所提高，在各領(lǐng)域進行工業(yè)生產(chǎn)時工業(yè)機器人被廣泛應(yīng)用，大大解放了我國工業(yè)一線工作者的勞動力，有效地提高了工作效率。工業(yè)機器人在汽車行業(yè)的作用越來越重要，它可以以自己固有的動力以及控制能力為基礎(chǔ)來幫助提高汽車制造每個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)效率。然而，工業(yè)機器人的智能控制是目前最大的挑戰(zhàn)，也成為了當(dāng)前最大的發(fā)展機遇。因此，本文闡明了工業(yè)機器人智能化控制方式的目的，并介紹分析工業(yè)機器人的運動控制現(xiàn)狀及控制方法。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機器人;智能化運動;控制方法

0? 引言

隨著傳感技術(shù)、機械技術(shù)、信息技術(shù)以及智能化水平的迅速發(fā)展，工業(yè)機器人行業(yè)的發(fā)展也取得了喜人的成績，進一步推動了汽車行業(yè)、機械電子以及醫(yī)療等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，極大地提高了我國的社會生產(chǎn)力。在未來很長一段時間內(nèi)的發(fā)展規(guī)劃中，對智能化技術(shù)應(yīng)用的要求也將會隨之升高，這就要求智能化運動技術(shù)研究水平的也要做出進一步的提升。工業(yè)機器人實現(xiàn)智能化的關(guān)鍵是要實現(xiàn)智能化運動控制。

1? 工業(yè)機器人在汽車行業(yè)的應(yīng)用

汽車車體的薄板件焊接主要由焊接機器人負責(zé)。經(jīng)相關(guān)統(tǒng)計，每輛汽車大概有3000到4000個焊點。點焊機器人要負責(zé)完成其中的60%，特別是在生產(chǎn)量很大的生產(chǎn)線上，點焊機器人可多達15O臺。手工焊接既會對工作人員造成傷害，又不能使焊接質(zhì)量達到統(tǒng)一標準。這就展示了焊接機器人的優(yōu)勢：所需面積小，精度高，示教簡單，具有較高質(zhì)量的焊點。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，裝配所需的人力占整個汽車裝配過程所需人力的50-60%。其優(yōu)勢在于精度高、柔性好，所需空間較小，并且還可以與其他的設(shè)備連用，裝配效率得到了有效的提高。所以裝配機器人成為了裝配工作的主流。

噴漆機器人負責(zé)完成車體表面的噴漆工作。噴漆機器人的優(yōu)勢在于可以按照預(yù)設(shè)軌跡高速運行，實現(xiàn)高效高質(zhì)量移動噴漆。

除上述應(yīng)用外還有搬運機器人、液體物質(zhì)填充加機器人、涂膠機器人等。所以機器人對未來汽車行業(yè)的發(fā)展舉足輕重，但是目前的應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)氣的機器仍存在許多問題，所以需要科研工作者對其控制方式需要進一步的探索，以減小機器人在作業(yè)時的誤差。

2? 工業(yè)機器人智能化運動技術(shù)的研究現(xiàn)狀

工業(yè)機器人大多依靠多線程輸入與輸出的軟性控制對傳感裝置、控制器和伺服驅(qū)動系統(tǒng)進行驅(qū)動，從而起到代替人工的作用。目前在運動控制方面不盡人意，應(yīng)用需求與實際狀況不符，較難滿足實際生產(chǎn)需要。機器人運動控制的意圖在于驅(qū)動力矩要被合理地分配到每個機械設(shè)備運行的關(guān)節(jié)，進而使機器人的位置、速度等不同的狀態(tài)變量可以符合生產(chǎn)過程中所要求的軌跡，從而完成智能化控制。使機器人變得可以更加“聰明”，按更高的標準完成工作。而當(dāng)前的機器人只有編程和操作能力，未能達到工業(yè)機器人智能化運動控制的標準。迄今為止，工業(yè)機器人智能化運動控制研究面臨著較多的不足之處，主要有以下五點。

第一：高速運轉(zhuǎn)時機器人不能完成相應(yīng)的控制;

第二：智能化運動控制系統(tǒng)未能與不同類型傳感器有機融合;

第三：缺乏自主導(dǎo)航和定位的核心技術(shù);

第四：路徑規(guī)劃仍舊不能滿足理想狀態(tài)的最優(yōu)解;

第五：模糊控制的規(guī)則庫的大小同推理時長存在著矛盾，目前仍未得到解決。

3? 工業(yè)機器人智能化運動控制方法說明

3.1 自適應(yīng)控制

現(xiàn)今，我國的自適應(yīng)控制可以達到智能化控制工業(yè)機器人的水平。從21世紀始，眾多自適應(yīng)控制方向的科研人員在不同層次、不同方面進行了自適應(yīng)控制的研究。其最為基本的要求為：在實際的操作過程中，機器人可以根據(jù)自己的系統(tǒng)進行自適應(yīng)調(diào)節(jié)從而將運行參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整以應(yīng)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入以及外界干擾而發(fā)生大幅度的變化，進而保證輸出的工作內(nèi)容依然能夠處于較為穩(wěn)定的區(qū)域中。同時，還能夠保證運動控制的結(jié)果滿足對接部分的工作要求。若要使用自適應(yīng)控制方法，大量的計算就會隨之而來，這是因為該方法要求機器人在進行實際工作時，可以實時識別各個運行參數(shù)，而在非參數(shù)無法確定時進行大量的計算就要求更高的系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一部分相關(guān)領(lǐng)域的研究人員進行了多方面的相應(yīng)研究，如從參數(shù)跳變、無模型等，以解決自適應(yīng)控制領(lǐng)域中的理論問題。

3.2 模糊邏輯控制

20世紀60年代，科研工作者開始探索模糊邏輯控制論，在最近的十年中，該方向的研究也更為深入，迄今為止，該理論的使用頻率較高。模糊邏輯控制論也被稱作語言控制。在工業(yè)機器人的智能運動控制設(shè)計方向上，它的工作原理是首先利用模糊控制器將傳感器所收集的數(shù)據(jù)信號模糊化，然后再利用模糊邏輯與模糊推論進行推理輸出相應(yīng)的模糊結(jié)果，將模糊結(jié)果進行相應(yīng)的解模糊化處理，便可以應(yīng)用在系統(tǒng)控制，來保障運動控制可以滿足智能化處理的標準。從某種程度而言，模糊邏輯控制理論與人類智能活動的處理方法相似，在其應(yīng)用過程中需要制定有效地模糊控制規(guī)則并確定隸屬度函數(shù)。該理論能夠極盡所能地簡化控制系統(tǒng)，可以利用與語言類似的方式描述模糊變量描述，而不是采用復(fù)雜的數(shù)值方式。在不完全依賴數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，可以應(yīng)用自然語言來實現(xiàn)人機對話，進而賦予智能系統(tǒng)更強的抗干擾能力以及更好的容錯性。然而在基于模糊邏輯控制論下對工業(yè)機器人進行智能化運動控制，機器人在實際工作的過程中局部震蕩的情況會經(jīng)常發(fā)生;在障礙物出現(xiàn)時，要利用自適應(yīng)PID控制方法來進行進一步的精確控制，以保證機器人可以順利規(guī)避障礙規(guī)避，使其適應(yīng)于運行環(huán)境。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的特點主要有4個：非線性、非局限性、非常定性和非凸性。本文所提及的理論也具有以上的某些特點，但是某些特點則是只有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制模型才具有的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型不僅僅能應(yīng)用在智能化運動控制工業(yè)機器人方向，還可以加強機器人的軌道控制，使機器人的控制更加的智能化和便利化，同時這種網(wǎng)絡(luò)模型可以更好的配合其他設(shè)備來完成工作，機器人的操作也會更加的精確，避免機械手臂在作業(yè)中所出現(xiàn)的一些故障，并且該方法還可以整體提升機器人視覺系統(tǒng)與導(dǎo)航的性能，有效地擴大了工業(yè)機器人的應(yīng)用范圍。除以上提及的較強的自學(xué)能力和自適應(yīng)性外，因其具有高魯棒性，工業(yè)機器人的智能化運動控制得到了進一步的提升。由于智能化系統(tǒng)具有很高的精密性，在運行的過程中某些參數(shù)出現(xiàn)偏差，智能化系統(tǒng)也可以確保系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，有一定的功能來維持工作繼續(xù)的開展。迄今為止，我國的科研工作者將各個類型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域的機器人且取得喜人的成果。以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)為基礎(chǔ)的的智能化運動控制機器人在未來仍會具有較大的發(fā)展空間，在將來的市場上占據(jù)主導(dǎo)位置，會為工業(yè)機器人更為廣泛地應(yīng)用奠定深厚的基礎(chǔ)。

3.4 迭代學(xué)習(xí)控制

起初，技術(shù)界并未認可迭代學(xué)習(xí)控制理論。然而當(dāng)其在智能化運動控制方向進行應(yīng)用時，可以快速簡單處理不穩(wěn)定的動態(tài)系統(tǒng)，在處理方式上也并不需要知識和計算的支持，同時也不完全依賴于高精度的數(shù)學(xué)建模系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)運行的重復(fù)率較高時，通過該方法而得到的結(jié)果與理想值高度相似，所以，相關(guān)科研工作者也認識到了迭代學(xué)習(xí)控制理論的重要性。工業(yè)機器人的智能化控制也可以使用迭代學(xué)習(xí)控制理論，首先，要掌握智能化控制系統(tǒng)的算法，而迭代學(xué)習(xí)控制算法也包含在其中;其次，要根據(jù)機器人的具體工作與完成的操作來確定系統(tǒng)方案，系統(tǒng)方案的制定包含很多方面，機器人的每個組成甚至是軟件結(jié)構(gòu)、設(shè)備上都要明確，每一個環(huán)節(jié)都不能夠忽視，這才能夠體現(xiàn)出高科技產(chǎn)品的價值和作用，最后，系統(tǒng)的方案制定后，要根據(jù)每個環(huán)節(jié)來設(shè)計軟甲程序，確保智能化控制能夠有效運行。

4  工業(yè)機器人智能化運動技術(shù)控制方式發(fā)展趨勢

智能化運動技術(shù)的控制方法對整個工業(yè)機器人方向的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。所以，在某種程度上來講，智能化運動技術(shù)的發(fā)展趨勢決定了工業(yè)機器人的未來發(fā)展趨勢，以下方面都清楚地表述了智能化運動技術(shù)控制方式的未來發(fā)展趨勢。

首先，整個領(lǐng)域智能化控制能力的研究逐漸深入，所以任何一種控制方式方法都會被深入探索。在設(shè)計工業(yè)機器人的過程中及其實際生產(chǎn)過程中要更廣泛地運用新興技術(shù)，有效地擴大其使用范圍，且操作和維護更為簡單便利。

其次，工業(yè)機器人智能化控制未來發(fā)展的方向就是仿生。不同的行業(yè)也積極的使用工業(yè)機器人來提高工作效率和工業(yè)發(fā)展水平，進一步保證一線工作人員的人身安全，拓寬工業(yè)生產(chǎn)范圍。

最后，隨著科技的發(fā)展，將工業(yè)機器人與各種傳感器相互融合。目前理論上即使傳感器和機器人有機拼接的創(chuàng)新在理論已經(jīng)使得工業(yè)機器人在智能化控制研究方向有了更好的發(fā)展，然而在進行實際研發(fā)時研究過程會受到研究材料的限制，致使二者的有機結(jié)合仍未能得到令人滿意的結(jié)果。因此若要將工業(yè)機器人智能化運動控制切實地應(yīng)用與實際的工業(yè)生產(chǎn)過程中就需要眾多科研人員不斷地提高該領(lǐng)域的研究水平。

5? 結(jié)束語

工業(yè)機器人可以有效的解放在我國大量各領(lǐng)域勞動密集型人員，并且還能來提高工作效率和安全性。然而，目前的研究發(fā)展仍然有大量的問題亟待解決，此時工業(yè)機器人智能運動控制方式就是解決問題的關(guān)鍵點，所以需要大量的科研人員與一線工作人員朝著一個目標努力，完善工業(yè)機器人的智能化控制方式，擴大工業(yè)機器人的使用范圍。

參考文獻：

[1]王新星.工業(yè)機器人智能運動控制方法的分析與研究[J].今日科苑，2015（12）：76.

[2]張鵬程.六自由度機器人智能控制算法的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2011.

[3]丁度坤.工業(yè)機器人智能運動控制方法的分析與研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2010.