C程序設(shè)計(jì)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用

王才德

(南京江寧高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇南京 211100)

工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍近年來有所擴(kuò)大，部分原因是開發(fā)離線編程(OLP)系統(tǒng)使程序開發(fā)能夠在虛擬環(huán)境中進(jìn)行所帶來的編程能力的進(jìn)步。然而，OLP 系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵因素是其對(duì)物理機(jī)器人建模的準(zhǔn)確性。理想的仿真模型與現(xiàn)實(shí)世界之間的偏差，導(dǎo)致OLP 系統(tǒng)產(chǎn)生具有較大位置誤差的機(jī)器人姿態(tài)。

一、工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用背景

機(jī)器人標(biāo)定是一個(gè)被廣泛研究的領(lǐng)域，已經(jīng)產(chǎn)生了各種各樣的解決方案。所提出的大多數(shù)方法都是通過建立模型結(jié)構(gòu)來解決振動(dòng)問題，然后是間接的，往往是不好的數(shù)值參數(shù)識(shí)別。本文介紹了一種新的基于C 程序規(guī)劃的逆靜態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)標(biāo)定技術(shù)，用于建立和識(shí)別模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)。該技術(shù)具有識(shí)別真實(shí)標(biāo)定模型的潛力，避免了傳統(tǒng)方法存在的問題。介紹了該方法的基本原理，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。任何成功的離線程序都必須包括一種補(bǔ)償仿真和實(shí)際機(jī)器人之間的誤差的方法。機(jī)器人校準(zhǔn)技術(shù)是為了改進(jìn)機(jī)器人的軟件模型而設(shè)計(jì)的，以便它能夠更好地反映實(shí)際機(jī)器人的行為。這些技術(shù)可以分為靜態(tài)校準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)。本文討論靜態(tài)校準(zhǔn)的問題，更具體地說是反相校正。目的是改進(jìn)機(jī)器人末端執(zhí)行器位置與關(guān)節(jié)位置相關(guān)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，傳感器讀數(shù)，以便更準(zhǔn)確地表示其實(shí)際位置。[1]

建立的機(jī)器人標(biāo)定方法是基于經(jīng)典的數(shù)學(xué)回歸技術(shù)。它們通常適用于由用戶預(yù)先指定的1 非線性參數(shù)回歸模型。這項(xiàng)工作中所采用的方法是完全不同的。模型關(guān)聯(lián)系統(tǒng)輸入到輸出不是預(yù)先規(guī)定的，而是用C 程序規(guī)劃方法發(fā)展的非符號(hào)形式。該技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是它并不局限于預(yù)先定義的模型結(jié)構(gòu)，因此有可能產(chǎn)生一個(gè)比傳統(tǒng)方法更完整、更精確的校準(zhǔn)模型。

(一)傳統(tǒng)建模技術(shù)

最大的靜態(tài)機(jī)器人標(biāo)定研究是基于參數(shù)模型的，其目的是描述關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)與末端執(zhí)行器姿態(tài)之間的真實(shí)關(guān)系。該領(lǐng)域的大部分工作都是在applied tothefoRWard kinematicmodelP=f(θ，ф)的正向校準(zhǔn)方法上進(jìn)行的。This 利用f 模型的方程，利用參數(shù)向量ф 進(jìn)行標(biāo)定，由關(guān)節(jié)構(gòu)型計(jì)算末端效應(yīng)位姿P。校準(zhǔn)過程通常采用以下步驟進(jìn)行：

1.建立了一種基于先驗(yàn)工程知識(shí)的模型，該模型提供了模型的結(jié)構(gòu)和標(biāo)稱參數(shù)值。

2.建立了一套采樣器位置，并對(duì)其實(shí)際位置進(jìn)行了測(cè)量。[2]

3.采用基于最小二乘擬合的數(shù)值方法，根據(jù)測(cè)量結(jié)果確定模型參數(shù)。實(shí)現(xiàn)了識(shí)別模型。基于精確參數(shù)的機(jī)器人標(biāo)定模型開發(fā)中的重要問題是運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的完備性和比例性，以及非幾何效應(yīng)的引入。當(dāng)物理代數(shù)測(cè)量中的小變化可以用相應(yīng)的相關(guān)模型參數(shù)的小變化來表示時(shí)，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型被定義為成比例的。為了使模型完整，它必須能夠充分描述運(yùn)動(dòng)鏈中連續(xù)關(guān)節(jié)的所有空間代數(shù)?；贒enavit 和Hartenberg 變換的基于樣本的模型缺乏完備性和相稱性，這導(dǎo)致了用非線性優(yōu)化方法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)時(shí)的不穩(wěn)定性。如果該模型包含不足以精確描述機(jī)械手幾何形狀的參數(shù)，則該參數(shù)將同時(shí)考慮建模和未建模的影響。因此，物理參數(shù)和模型參數(shù)之間沒有適當(dāng)?shù)年P(guān)系。辨識(shí)算法可以找到最優(yōu)的參數(shù)值，但是這些值是針對(duì)特定的不完全模型進(jìn)行優(yōu)化的，并且不能反映機(jī)器人的物理特性。連桿長度、關(guān)節(jié)方向、編碼器偏差等幾何參數(shù)的變化對(duì)定位誤差的貢獻(xiàn)最大，且假定為時(shí)不變，便于建立補(bǔ)償方案以提高定位精度。非幾何效應(yīng)如關(guān)節(jié)偏心和柔度、靜撓度和熱效應(yīng)對(duì)誤差的貢獻(xiàn)較小，但意義重大。然而，他們的影響。是一個(gè)參數(shù)化的滴定模型，并且經(jīng)常依賴于操縱器和有效載荷。[3]

(二)確定性建模技術(shù)

同時(shí)建模幾何和非幾何的困難導(dǎo)致了各種交替技術(shù)。其中，位置誤差是用1 種非參數(shù)模型來近似的。泛函逼近理論提供了各種基于單位多項(xiàng)式和多元多項(xiàng)式的逼近模型和方法。題名/責(zé)任者：Reach，Spline，Bezier 曲線，小波，F(xiàn)ourier 級(jí)數(shù)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)數(shù)據(jù)在一定區(qū)間內(nèi)的逼近特性，選擇了一個(gè)近似模型，并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合或訓(xùn)練。然而，由于這些近似模型是非參數(shù)的，因此，模型參數(shù)與待逼近數(shù)據(jù)的物理性質(zhì)之間沒有任何關(guān)系。他們只有在他們接受訓(xùn)練的時(shí)間范圍內(nèi)才能有效，并且無力或無力外推或推廣到這些范圍以外的范圍內(nèi)。[4]

二、C程序設(shè)計(jì)在工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用

C 程序編程涉及原始實(shí)體計(jì)算機(jī)程序的進(jìn)化綜合。得到的結(jié)果是能夠解決問題的符號(hào)計(jì)算機(jī)程序。C 程序編程和itsterminology 的主要原理(基于LISP 編程語言)是由Koza 開發(fā)的。該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，包括結(jié)構(gòu)化過程建模，非線性系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)。機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，但其在機(jī)器人校準(zhǔn)領(lǐng)域的應(yīng)用被認(rèn)為是全新的。[5]

(一)正在適應(yīng)的結(jié)構(gòu)

C 程序算法被設(shè)計(jì)用來修改或調(diào)整解的編碼，通常是字符串，通常是固定長度的結(jié)構(gòu)。例如，這些字符串可能對(duì)應(yīng)于一個(gè)特定變量或一組變量的數(shù)值。在C 程序?qū)W編程中，個(gè)體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了適應(yīng)性，是按層次結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)程序。因此，從那時(shí)起。編寫一個(gè)計(jì)算機(jī)程序來解決任何問題都是可能的，這些程序具有跨越applied tothefoRWard kinematicmodelP=f(θ，ф)任意大范圍的能力。搜索空間。由Koza 提出的被稱為s 表達(dá)式的進(jìn)化程序表示由終端節(jié)點(diǎn)和非終端節(jié)點(diǎn)組成的根標(biāo)記樹。終端和非終端集是由該問題定義的，是農(nóng)業(yè)編程算法用于編寫程序的唯一資源。終端集通常包含常量、變量或其他原語問題域依賴的實(shí)體，例如沒有參數(shù)的函數(shù)或命令。使用本文中使用的符號(hào)回歸，終端集還可以包含臨時(shí)隨機(jī)常數(shù)9i，它在每次選擇終端時(shí)在指定范圍內(nèi)返回一個(gè)隨機(jī)數(shù)，非終端集可能包含算術(shù)；三角函數(shù)、布爾函數(shù)、條件算子和依賴于問題域的函數(shù)，例如機(jī)器人中的運(yùn)動(dòng)語句。[6]

（二）使用運(yùn)算符

對(duì)于這兩個(gè)集合來說，擁有解決問題的程序所必需的所有組件是很重要的。此外，所有節(jié)點(diǎn)，特別是函數(shù)節(jié)點(diǎn)，都必須遵守閉包屬性；因此，任何節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果總是定義良好，對(duì)于任何參數(shù)組合都是有效的。由于C 程序規(guī)劃在程序的構(gòu)造方式上通常是不受約束的(除了定義了最大樹深外)，因此需要通過重新定義所有可能在某些情況下導(dǎo)致未定義結(jié)果的操作符來防止可能的無效操作。例如，在使用除法運(yùn)算符時(shí)，必須引入受保護(hù)的除法a%b，以防止因可能的除法而產(chǎn)生的無效結(jié)果為零。平方根SQRTp(X)和對(duì)數(shù)mlogp(X)可能需要類似的保護(hù)版本。

三、結(jié)束語

綜上所述，機(jī)器人標(biāo)定是一個(gè)被廣泛研究的領(lǐng)域，已經(jīng)產(chǎn)生了各種各樣的解決方案。通過C 語言程序設(shè)計(jì)課程與工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)結(jié)合，這些都需要我們不斷加深研究。