基于人工智能技術(shù)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘" 要： 設(shè)計(jì)一種基于人工智能技術(shù)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，確保機(jī)器人更好地理解人類的意圖，并提供更加人性化的服務(wù)。該系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集與傳輸組件連接機(jī)器人的軸電機(jī)，采集機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)后，將其傳輸?shù)娇刂破鹘M件內(nèi)，控制器組件依托X86架構(gòu)工控機(jī)，使用PIC總線將采集到的機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送到基于人工智能技術(shù)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃模塊內(nèi)。該模塊運(yùn)用人工智能技術(shù)中的A*算法獲取機(jī)器人軌跡路徑規(guī)劃結(jié)果后，依據(jù)該路徑規(guī)劃結(jié)果，將人工智能技術(shù)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊B樣條基函數(shù)相結(jié)合，建立模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。該控制器輸出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制指令，并發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器組件，伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人軸電機(jī)，控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備較強(qiáng)的機(jī)器人路徑規(guī)劃能力，可在復(fù)雜路徑情況下實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制，且控制精度和控制階躍響應(yīng)能力均較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： 人工智能； 機(jī)器人； 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)； 模糊B樣條基函數(shù)； 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)； 路徑規(guī)劃

中圖分類號(hào)： TN876?34； TP391" " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " " " " " " " " " " 文章編號(hào)： 1004?373X（2024）10?0117?06

Design of robot motion control system based on artificial intelligence technology

Abstract： A robot motion control system based on artificial intelligence technology is designed to ensure that robots better understand human intentions and provide more humane services. The system can connect the axis motor of the robot by means of motion data collection and transmission components. After collecting the current motion data of the robot， it is transmitted to the controller component. The controller component relies on the X86 architecture industrial computer and can use the PIC bus to send the collected current motion data of the robot to the robot motion path planning module of artificial intelligence technology. In this module， the A* algorithm in artificial intelligence technology is used to obtain the robot trajectory path planning results. Based on the path planning results， the artificial neural network in artificial intelligence technology is combined with the fuzzy B?spline basis function to establish a the fuzzy B?spline basis neural network controller. The controller outputs the robot motion control command and send it to the servo drive component， which is responsible for driving the robot shaft motor， and control robot movement. The experimental results show that the designed system has strong robot path planning ability， can achieve robot motion control in complex path situations， and has strong control accuracy and step response ability.

Keywords： artificial intelligence; robots; motion control system; fusion B?spline basis functions; neural networks; path planning

0" 引" 言

在科技日新月異的今天，機(jī)器人已經(jīng)從科幻小說(shuō)中的概念走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)生活，成為了人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯牡昧χ?。而決定機(jī)器人性能的關(guān)鍵因素之一就是其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一個(gè)優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以使機(jī)器人在各種復(fù)雜環(huán)境中靈活自如地運(yùn)動(dòng)，完成各種任務(wù)[1?2]。然而傳統(tǒng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通常依賴于預(yù)設(shè)的算法和程序，這限制了機(jī)器人的適用性和智能化程度。趙丕洋等人設(shè)計(jì)了一種基于ROS的機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Ubuntu下的ROS元系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制的通信；運(yùn)用Python編程對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定位和行動(dòng)地圖編碼后，再規(guī)劃?rùn)C(jī)器人行動(dòng)路徑，通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制機(jī)器人移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制[3]。但該方法對(duì)機(jī)器人路徑規(guī)劃不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致其控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的效果不佳。余凡等人設(shè)計(jì)了一種基于STM32的機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將STM32芯片作為主控芯片，通過(guò)設(shè)計(jì)主控模塊、無(wú)線通信連接程序、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器控制程序等，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制[4]。但該系統(tǒng)通信能力略差，會(huì)出現(xiàn)通信中斷現(xiàn)象，導(dǎo)致控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)存在延遲性。

人工智能技術(shù)包括多個(gè)領(lǐng)域和應(yīng)用，如機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理等。機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，它使用算法讓計(jì)算機(jī)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并改進(jìn)其性能。運(yùn)用人工智能技術(shù)中的自然語(yǔ)言處理技術(shù)，可使計(jì)算機(jī)理解和生成人類語(yǔ)言，并支持人機(jī)交互。人工智能技術(shù)正在不斷發(fā)展，并在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用[5]，通過(guò)引入人工智能技術(shù)，可以讓機(jī)器人像人類一樣具有自主學(xué)習(xí)和決策的能力，從而使機(jī)器人更好地適用于復(fù)雜多變的環(huán)境和任務(wù)?；诖耍疚脑O(shè)計(jì)一種基于人工智能技術(shù)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，以提高機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的性能和智能化水平。

1" 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1" 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)方案設(shè)計(jì)

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境不同，本文按照滿足可移植、可重組的思想設(shè)計(jì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)方案，如圖1所示。

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)開發(fā)方案由示教器、控制器組件、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集與傳輸組件、伺服驅(qū)動(dòng)器組件和機(jī)器人組成。通過(guò)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集與傳輸組件內(nèi)的絕對(duì)編碼器獲取機(jī)器人軸電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將其輸入到定位器內(nèi)；定位器獲得當(dāng)前機(jī)器人位置數(shù)據(jù)后，通過(guò)以太網(wǎng)通信將其傳輸?shù)骄幋a器讀數(shù)器內(nèi)；編碼器讀數(shù)器連接控制器組件內(nèi)的X86架構(gòu)工控機(jī)，通過(guò)該工控機(jī)與PIC總線將機(jī)器人位置數(shù)據(jù)傳輸?shù)交谌斯ぶ悄芗夹g(shù)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃模塊內(nèi)；路徑規(guī)劃模塊依據(jù)機(jī)器人當(dāng)前位置為其規(guī)劃好路徑后，將路徑規(guī)劃結(jié)果輸入到模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器內(nèi)，該控制器連接伺服驅(qū)動(dòng)器組件，控制機(jī)器人軸電機(jī)運(yùn)行。以上過(guò)程通過(guò)示教器內(nèi)觸摸屏專用輸入設(shè)備等與用戶進(jìn)行交互，其中觸摸屏內(nèi)置WinCE6.0操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制程序。

1.2" 機(jī)器人路徑規(guī)劃程序設(shè)計(jì)

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集與傳輸組件獲取到當(dāng)前機(jī)器人位置數(shù)據(jù)后，將其發(fā)送到控制器組件內(nèi)，控制器組件內(nèi)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃模塊，運(yùn)用人工智能技術(shù)中的A*算法對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行規(guī)劃。A*算法是人工智能中的一種算法，用于解決搜索問(wèn)題，例如在游戲、機(jī)器人等領(lǐng)域中尋找最優(yōu)路徑[6?7]。該算法屬于啟發(fā)式搜索的一種，能夠利用基于啟發(fā)式的算法和最優(yōu)子結(jié)構(gòu)性質(zhì)在空間中尋找到最佳路徑。本文運(yùn)用A*算法獲取機(jī)器人軌跡路徑規(guī)劃，其詳細(xì)流程如圖2所示。

人工智能技術(shù)中的A*算法在規(guī)劃?rùn)C(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑時(shí)，先定義機(jī)器人坐標(biāo)，再依據(jù)環(huán)境中的障礙物定義環(huán)境模型，并建立機(jī)器人路徑規(guī)劃函數(shù)。之后將機(jī)器人目標(biāo)位置作為原點(diǎn)，規(guī)劃當(dāng)前路徑并存儲(chǔ)后，判斷當(dāng)前規(guī)劃好的路徑中起點(diǎn)與終點(diǎn)之間是否存在障礙物。若存在障礙物，則返回上一步；若不存在障礙物，則將當(dāng)前規(guī)劃好的路徑存儲(chǔ)在路徑列表內(nèi)[8]。其次，計(jì)算機(jī)器人當(dāng)前點(diǎn)位到目標(biāo)點(diǎn)的直線距離，利用該距離數(shù)值減去機(jī)器人半徑，得到當(dāng)前路徑步長(zhǎng)，依據(jù)該步長(zhǎng)規(guī)劃?rùn)C(jī)器人下一步路徑，并存儲(chǔ)到總路徑列表中。最后輸出總路徑列表，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃。

1.3" 模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)

機(jī)器人在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整步長(zhǎng)、速度、轉(zhuǎn)向角度等，依據(jù)機(jī)器人路徑規(guī)劃結(jié)果，采用控制器控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置[9]。本文將模糊B樣條基函數(shù)和人工智能技術(shù)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，建立模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。

模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì)為兩輸入單輸出模式，將機(jī)器人路徑規(guī)劃結(jié)果與機(jī)器人當(dāng)前誤差作為輸入矢量，由[x=x1，x2，…，xm]表示，[m]為輸入維度；再令其中控制器的輸出結(jié)果為[u（t）]，控制器的給定輸入即機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑為[r（t）]，[y（t）]為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置，則機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差為：

[e（t）=r（t）-y（t）]

將輸入矢量輸入到多變量B樣條基函數(shù)內(nèi)，以輸入矢量[x=x1，x2，…，xm]為例，定義該輸入矢量在每個(gè)輸入軸上的B樣條基函數(shù)[ηiki，ni]，其中[ki=1，2，…，n]，[n]為多變量總數(shù)，[i∈m]，為維度。則第[k]個(gè)多變量的B樣條基函數(shù)是由[m]個(gè)單變量基函數(shù)的張積組成，計(jì)算公式如下：

式中[ηk（x）]表示第[k]個(gè)多變量的B樣條基函數(shù)。

在式（1）中，張積B樣條基函數(shù)的遞推關(guān)系與B樣條基函數(shù)相同，也就是其多變量函數(shù)可通過(guò)多變量B樣條基函數(shù)線性組合來(lái)逼近，即：

式中：[y（x）]表示多變量B樣條基函數(shù)；[?k]表示第[k]個(gè)變量的B樣條權(quán)值。

以多變量B樣條基函數(shù)線性組合逼近函數(shù)為基礎(chǔ)，建立模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器。該控制器的第1層和第2層為機(jī)器人模糊控制規(guī)則的前提部分，第3層為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制模糊推理部分，第4層則為控制規(guī)則部分。模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的第1層接收機(jī)器人按照規(guī)劃路徑行動(dòng)的誤差，控制器的第1層輸出公式如下：

[o（1）i=xi] （3）

式中：[o（1）i]表示模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器第1層輸出結(jié)果；[xi]為第[i]個(gè)輸入矢量。

運(yùn)用模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的第2層對(duì)式（3）結(jié)果進(jìn)行模糊化處理。該控制器的第2層運(yùn)用式（2）B樣條基函數(shù)進(jìn)行線性擬合逼近，該基函數(shù)的階次設(shè)置為3，則該層輸出結(jié)果公式如下：

[o（2）j=ηj，3（xi）] （4）

式中：[o（2）j]表示模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器第2層第[j]個(gè)神經(jīng)元輸出結(jié)果；[ηj，3（xi）]為機(jī)器人按照規(guī)劃路徑行動(dòng)控制B樣條基函數(shù)。

模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的第3層為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模糊控制規(guī)則層，其運(yùn)用乘法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模糊控制集的運(yùn)算。在該網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)元均代表一條模糊規(guī)則[10?11]，每個(gè)神經(jīng)元的輸出對(duì)應(yīng)的是每個(gè)模糊控制規(guī)則的適用度。該層輸出公式如下：

[o（3）k=σj1（x1）?σj2（x2）] （5）

式中：[o（3）k]表示模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器第3層輸出的第[k]個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模糊控制規(guī)則；[j1]、[j2]表示兩個(gè)神經(jīng)元的模糊規(guī)則；[σj1（x1）]、[σj2（x2）]分別表示控制器上層兩個(gè)模糊控制規(guī)則適用度。

模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的第4層是去模糊化層，也就是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)模糊控制輸出層[12]。其對(duì)上一層的網(wǎng)絡(luò)輸出進(jìn)行解模糊操作，輸出結(jié)果為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制規(guī)則總和，公式如下：

式中：[u（t）]表示模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器輸出的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制結(jié)果；[ωk]表示網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值[13]。

1.4" 伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)模糊B樣條基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器輸出機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制指令后，將該指令傳輸給系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)器組件，伺服驅(qū)動(dòng)器組件負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。本文所設(shè)計(jì)的伺服驅(qū)動(dòng)器由電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)組成，主要負(fù)責(zé)接收機(jī)器人運(yùn)動(dòng)命令，控制機(jī)器人電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、調(diào)整電流參數(shù)等。所設(shè)計(jì)的伺服驅(qū)動(dòng)器總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制伺服驅(qū)動(dòng)器接收到控制指令后，分別輸入到位置環(huán)、速度環(huán)、轉(zhuǎn)矩、電流控制環(huán)內(nèi)，通過(guò)對(duì)機(jī)器人的坐標(biāo)進(jìn)行變換，經(jīng)過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)機(jī)器人永磁同步電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制。

伺服驅(qū)動(dòng)器控制過(guò)程中采用矢量控制[14?15]，在[d?q]坐標(biāo)系下，機(jī)器人伺服電機(jī)狀態(tài)方程表示為：

式中：[P]表示微分算子；[id]、[iq]分別表示[d?q]坐標(biāo)軸的定子電流；[Rs]、[Qs]為定子電感和電阻；[ωr]為機(jī)器人轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；[Ud]、[Uq]表示[d?q]坐標(biāo)軸電壓數(shù)值；[ψf]表示轉(zhuǎn)子磁極與繞組之間的磁鏈。

機(jī)器人電機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩方程公式如下：

伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)公式（8）可對(duì)機(jī)器人電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制。

2" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

M?410iB型機(jī)器人是一款大型物流智能機(jī)器人，其是為了實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)的機(jī)器人化而開發(fā)的，具有更大的運(yùn)動(dòng)范圍和更快的速度，已被廣泛應(yīng)用于搬運(yùn)、裝配、分揀等領(lǐng)域。將該型號(hào)機(jī)器人作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使用本文系統(tǒng)對(duì)該機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，驗(yàn)證該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。M?410iB型機(jī)器人參數(shù)如表1所示。

設(shè)置機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境，在400 m×400 m空間內(nèi)設(shè)置若干個(gè)障礙物，使用本文系統(tǒng)在該空間內(nèi)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃是實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ)，故運(yùn)用本文系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人路徑進(jìn)行規(guī)劃。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說(shuō)服力，采用文獻(xiàn)[3]的基于ROS的機(jī)器人控制系統(tǒng)和文獻(xiàn)[4]的基于STM32的機(jī)器人控制系統(tǒng)同時(shí)展開實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。根據(jù)圖4的對(duì)比分析可知，與其他兩種系統(tǒng)相比，本文系統(tǒng)規(guī)劃出的路徑不僅最短，而且轉(zhuǎn)向次數(shù)最少，說(shuō)明本文提出的機(jī)器人控制系統(tǒng)在生成運(yùn)動(dòng)路徑時(shí)展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。本文系統(tǒng)能夠高效地生成機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑，顯著降低轉(zhuǎn)向次數(shù)，使機(jī)器人以最簡(jiǎn)潔的路徑快速準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)位置，這不僅提高了機(jī)器人的工作效率，還有助于減少不必要的能量消耗。

在實(shí)驗(yàn)環(huán)境內(nèi)規(guī)劃復(fù)雜路徑，并使用本文系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，控制結(jié)果如圖5所示。通過(guò)觀察圖5可以清晰地看到，使用本文提出的機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)路徑上表現(xiàn)出良好的控制效果。在大部分路徑上，機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)與規(guī)劃的路徑非常接近，這表明該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)控制能力。然而，在路徑的轉(zhuǎn)彎處，控制路徑與實(shí)際路徑存在一定的偏差，但這種偏差較小，不會(huì)對(duì)整體運(yùn)動(dòng)效果產(chǎn)生顯著影響?？傮w來(lái)說(shuō)，本文系統(tǒng)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方面具有顯著的效果。

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制能力，以機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差作為衡量指標(biāo)，測(cè)試本文系統(tǒng)控制機(jī)器人到達(dá)10個(gè)目標(biāo)點(diǎn)時(shí)，機(jī)器人位置與目標(biāo)點(diǎn)位置之間的距離差值。同樣使用基于ROS的機(jī)器人控制系統(tǒng)和基于STM32的機(jī)器人控制系統(tǒng)展開實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

通過(guò)對(duì)比分析表2中的數(shù)據(jù)可以清晰地看到，在使用三種不同系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制后，機(jī)器人在到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位置時(shí)均存在一定的誤差，然而，本文系統(tǒng)在控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的誤差表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。與另外兩種系統(tǒng)相比，本文系統(tǒng)控制下的機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的最大誤差僅為0.59 cm，最小誤差僅為0.21 cm；而基于ROS的機(jī)器人控制系統(tǒng)和基于STM32的機(jī)器人控制系統(tǒng)的誤差較大，最大誤差分別為1.57 cm和2.16 cm。這些數(shù)據(jù)有力地證明了本文系統(tǒng)在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方面具有卓越的性能和準(zhǔn)確性，能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的運(yùn)動(dòng)控制，從而提高機(jī)器人的工作效率和精度。

以本文系統(tǒng)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，控制機(jī)器人伺服驅(qū)動(dòng)器階躍響應(yīng)作為衡量指標(biāo)，進(jìn)一步驗(yàn)證本文系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制能力，控制結(jié)果如圖6所示。

通過(guò)對(duì)圖6的細(xì)致分析可以發(fā)現(xiàn)，三種系統(tǒng)中，本文系統(tǒng)在控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)的階躍響應(yīng)時(shí)間數(shù)值最小，且階躍響應(yīng)波動(dòng)幅度最小。這一結(jié)果清晰地表明，本文系統(tǒng)在控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)具有卓越的響應(yīng)性能。與其他系統(tǒng)相比，本文系統(tǒng)能夠更迅速地響應(yīng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)需求，并且其控制波動(dòng)幅度較小，這說(shuō)明系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高，而這種快速且穩(wěn)定的響應(yīng)能力對(duì)于機(jī)器人執(zhí)行精確、高效的任務(wù)至關(guān)重要。

3" 結(jié)" 論

基于人工智能技術(shù)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)融合了多個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新工作。本文基于深度學(xué)習(xí)和控制理論，成功地構(gòu)建了一個(gè)高效、精確的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠自主規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑，減少轉(zhuǎn)向次數(shù)，提高工作效率。同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)的階躍響應(yīng)分析，驗(yàn)證了該系統(tǒng)具有快速響應(yīng)和低波動(dòng)性的優(yōu)點(diǎn)，能夠確保機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。

本文設(shè)計(jì)不僅提升了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能，更為重要的是，它為人工智能技術(shù)在機(jī)器人控制領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的可能。未來(lái)可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化算法，提高機(jī)器人的感知能力，以及增強(qiáng)其適應(yīng)各種復(fù)雜任務(wù)和環(huán)境的能力。期待這一技術(shù)能夠?yàn)橹悄軝C(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)更大的突破。

參考文獻(xiàn)

[1] 姜蘇，萬(wàn)剛.基于幾何不變性和滑動(dòng)模態(tài)算法的冗余機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制研究[J].機(jī)床與液壓，2021，49（5）：40?44.

[2] 朱安，陳力.空間機(jī)器人在軌雙臂輔助航天器對(duì)接力/位置嵌套雙層滑模阻抗控制[J].光學(xué)精密工程，2023，31（22）：3266?3278.

[3] 趙丕洋，洪榮晶，方成剛.基于ROS的UR5機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，44（2）：161?168.

[4] 余凡，王庭有，劉曉光，等.基于STM32的負(fù)壓爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓，2022，50（3）：31?35.

[5] 田為廣，徐海黎，陳妍，等.可變車道隔離護(hù)欄運(yùn)載機(jī)器人系統(tǒng)及其控制策略[J].工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2022，29（2）：237?246.

[6] 彭漢修，趙建國(guó)，王菊，等.伸縮式井下機(jī)器人電液控制系統(tǒng)研制與性能評(píng)價(jià)[J].石油鉆探技術(shù)，2023，51（3）：66?72.

[7] 吳超群，趙松，雷艇.曲線焊縫的機(jī)器人焊接軌跡規(guī)劃與高頻控制[J].中國(guó)機(jī)械工程，2023，34（14）：1723?1728.

[8] 邢艷麗，亢瑾.下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人膝踝協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2022（3）：287?291.

[9] 李志文，程志江，杜一鳴，等.基于ROS的清潔機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2023，40（4）：455?460.

[10] 鐘錚語(yǔ)，徐明，彭輝，等.全向移動(dòng)爬壁機(jī)器人設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)特性研究[J].控制工程，2022，29（9）：1537?1545.

[11] 時(shí)維國(guó)，寧寧，宋存利.基于反步滑模的移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)控制算法[J].中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)00，2023，31（3）：282?291.

[12] 林俊文，程金，季金勝.基于策略梯度及強(qiáng)化學(xué)習(xí)的拖掛式移動(dòng)機(jī)器人控制方法[J].市政技術(shù)，2023，41（10）：101?105.

[13] 范振，陳乃建，董春超，等.基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的單臂機(jī)器人末端姿態(tài)控制[J].濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022，36（5）：616?625.

[14] 李輝.基于分裂迭代和模糊算法的采摘機(jī)器人控制系統(tǒng)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2023，45（8）：24?28.

[15] 于力率，蘇曉杰，孫少欣，等.基于分層控制策略的六輪滑移機(jī)器人橫向穩(wěn)定性控制[J].自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2023，49（7）：1421?1432.