智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用范文

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隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)實(shí)生活里隨處可見智能控制身影，由制造業(yè)至采礦業(yè)，由飛行器至武器控制，由工業(yè)機(jī)器人至康復(fù)假肢等，可以說智能控制的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，且涉及到社會(huì)領(lǐng)域的方方面面。而本文則對(duì)機(jī)器人領(lǐng)域中的常見智能控制技術(shù)進(jìn)行分析，并對(duì)智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域中的具體應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)。

1前言

近兩年因建模技術(shù)、仿真技術(shù)與人工智能計(jì)算機(jī)技術(shù)等一系列技術(shù)的進(jìn)步，智能控制技術(shù)也取得了快速發(fā)展。智能控制技術(shù)的發(fā)展是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的改進(jìn)與延伸，使人們的生活、工作與學(xué)習(xí)方式出現(xiàn)了翻天覆地的改變（李楠，鄧媞，陳曉玲，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域中的應(yīng)用：中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2019）。雖我國(guó)智能控制技術(shù)發(fā)展時(shí)間較晚，不過卻呈現(xiàn)出強(qiáng)勁發(fā)展勢(shì)頭，現(xiàn)今智能控制技術(shù)的研究主要集中于理論方法與智能控制技術(shù)集成方面。所謂的智能控制即一種融合了自動(dòng)控制交叉思想與人工智能思想的理論，該系統(tǒng)具體包括以人工智能為主的系統(tǒng)、以機(jī)器控制為主的系統(tǒng)與以人工和機(jī)器結(jié)合為主的系統(tǒng)三類，智能控制理論的基礎(chǔ)為運(yùn)籌學(xué)里相關(guān)的理論（王寧，張雅嬌，淺析智能控制技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用：內(nèi)燃機(jī)與配件，2018）。智能控制系統(tǒng)具有分級(jí)式、分布式與開放式三大特征，并且智能控制系統(tǒng)的綜合信息處理能力非常強(qiáng)，不過智能控制同樣存在一定局限性，典型的即終極目標(biāo)并非高級(jí)自動(dòng)控制、服務(wù)對(duì)象為非線性對(duì)象等。機(jī)器人屬于可替代人力工作的機(jī)械裝置，但外形并非一定像人，也并非一定要按照人的方式來辦事。機(jī)器人最早出現(xiàn)在恰彼克制作的劇本《羅素姆萬能機(jī)器人》（1920年）中。自20世紀(jì)60年代后，由于微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的突破性發(fā)展，機(jī)器人研究也取得了前所未有的成就，更是掀起了智能控制技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用的研究熱潮，讓機(jī)器人變得更加人性化，還讓機(jī)器人變得更加智能化，故而這是值得探索的課題。

2機(jī)器人領(lǐng)域中的常見智能控制技術(shù)

當(dāng)前應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域的智能控制技術(shù)非常多，且每一種技術(shù)均屬于當(dāng)前的高新技術(shù)，同時(shí)一個(gè)機(jī)器人集成了多種智能控制技術(shù)，和傳統(tǒng)控制技術(shù)彼此結(jié)合，保證了智能機(jī)器人各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人領(lǐng)域中的常見智能控制技術(shù)包括：

2.1模糊控制技術(shù)

模糊控制技術(shù)屬于機(jī)器人設(shè)計(jì)里得到大力應(yīng)用的控制技術(shù)，最關(guān)鍵部分即輸入量模糊化模塊（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換），設(shè)計(jì)時(shí)把其和知識(shí)庫（數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)中心）、輸出量清晰化模塊（信息輸出系統(tǒng)）、模糊推理機(jī)（數(shù)據(jù)信息識(shí)別系統(tǒng)）四大模塊組合，實(shí)現(xiàn)了智能化控制目標(biāo)，而該過程即為模糊控制?？刂圃硎窃撓到y(tǒng)可把輸入數(shù)據(jù)通過輸入量模糊化，模塊給予轉(zhuǎn)換，且按照模糊量的形式向模糊推理機(jī)傳輸，而推理機(jī)再對(duì)所輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，和知識(shí)庫里的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)展開比較，并傳輸?shù)捷敵隽壳逦K，輸出信息數(shù)據(jù)且實(shí)現(xiàn)可執(zhí)行命令的轉(zhuǎn)換，最終使機(jī)器人智能控制得以實(shí)現(xiàn)。

2.2專家控制技術(shù)

將專家系統(tǒng)技術(shù)和傳統(tǒng)控制技術(shù)彼此結(jié)合屬于專家控制的升級(jí)控制技術(shù)，同樣為機(jī)器人領(lǐng)域里得到大力應(yīng)用的控制技術(shù)。專家控制技術(shù)主要是在專家系統(tǒng)知識(shí)和規(guī)則基礎(chǔ)上來得以實(shí)現(xiàn)的，可確保控制系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)，故而在機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用受到關(guān)注與認(rèn)可。專家系統(tǒng)與數(shù)值算法屬于專家控制技術(shù)的兩大組成部分，兩個(gè)大的系統(tǒng)模塊被細(xì)分作小的系統(tǒng)與模塊，前者涉及的系統(tǒng)包括知識(shí)庫、推理機(jī)等，而后者與多種算法相關(guān)（如辨識(shí)算法、控制算法與監(jiān)控算法等）。專家控制技術(shù)在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值是可全方位監(jiān)測(cè)被控對(duì)象，同時(shí)可利用專家系統(tǒng)來對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果給予控制，且進(jìn)行控制命令執(zhí)行。

2.3分層控制技術(shù)

所謂的分層控制技術(shù)別名分層遞階智能控制技術(shù)，屬于機(jī)器人領(lǐng)域的優(yōu)化智能控制技術(shù)，該控制技術(shù)是在“三元論”思想上發(fā)展而來的（吳姝源，智能控制及移動(dòng)機(jī)器人研究進(jìn)展：信息與電腦(理論版)，2018）。分層控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常繁雜，涉及到協(xié)調(diào)級(jí)、組織級(jí)和執(zhí)行級(jí)三大級(jí)層，不同級(jí)層的功能存在較大差異。決策與任務(wù)規(guī)劃屬于組織級(jí)的功能，可對(duì)具體應(yīng)用需求作出對(duì)應(yīng)的任務(wù)決策，同時(shí)分解成為子任務(wù)組合傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)級(jí)。再?gòu)膮f(xié)調(diào)級(jí)展開任務(wù)執(zhí)行規(guī)劃，人工智能為這部分內(nèi)容的核心，可把任務(wù)命令細(xì)分成對(duì)象、基本動(dòng)作等，同時(shí)對(duì)任務(wù)給予識(shí)別，根據(jù)不同對(duì)象、步驟進(jìn)行最適宜控制方式選擇，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)的反饋信息，并且由執(zhí)行級(jí)執(zhí)行任務(wù)命令確保操作的順利完成。分層控制技術(shù)屬于機(jī)器人領(lǐng)域非常常見的控制技術(shù)，還是確保多功能得以實(shí)現(xiàn)的一項(xiàng)重要技術(shù)，在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用也是非常廣泛的。

3智能控制在機(jī)器人領(lǐng)域的具體應(yīng)用

3.1智能控制在機(jī)器人行動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用

微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)在上世紀(jì)60年代左右取得了巨大發(fā)展，助力了機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步?，F(xiàn)今、可出色完成任務(wù)的機(jī)器人在汽車制造與航天器裝備等領(lǐng)域均得到了大力應(yīng)用。同時(shí)，電子公司將機(jī)器人與其它的受計(jì)算機(jī)控制的裝置聯(lián)合完成了制成品的分類和檢測(cè)。此外，機(jī)器人學(xué)也逐漸得到完善與發(fā)展（歐俊杰，智能化技術(shù)在電氣工程自動(dòng)化控制中的應(yīng)用：城市建設(shè)理論研究(電子版)，2017）。站在狹義視角分析，機(jī)器人學(xué)所研究與開展的工作主要是進(jìn)行機(jī)器人制造、設(shè)計(jì)以及應(yīng)用機(jī)器人開展原本應(yīng)由人類執(zhí)行的工作?，F(xiàn)今，機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)、制造和存在職業(yè)暴露危害的環(huán)境下參與工作中得到了大力應(yīng)用，并且機(jī)器人學(xué)的研究還牽涉到人工智能、機(jī)器人配備和人類感官類似的裝置（如觸覺、視覺和溫度感應(yīng)）配備等領(lǐng)域。部分機(jī)器人的功能非常強(qiáng)，甚至可完成簡(jiǎn)單決策，現(xiàn)有機(jī)器人學(xué)準(zhǔn)確研究和設(shè)計(jì)可自給自足程度的機(jī)器人，能夠于自由環(huán)境下實(shí)現(xiàn)決策。當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人外貌和人類是有差別的，而人類形態(tài)的機(jī)器人被統(tǒng)稱為人形機(jī)器人。智能控制現(xiàn)今在機(jī)器人領(lǐng)域得到了大力應(yīng)用，如智能控制技術(shù)在行動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用，為上位機(jī)進(jìn)行了PC機(jī)配置，保證了關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、傳輸命令與反饋信息得以實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)進(jìn)行了MCS96單片機(jī)安裝，功能是進(jìn)行機(jī)械手關(guān)鍵位置的定位。同時(shí)，應(yīng)用了智能技術(shù)的微處理器控制系統(tǒng)可及時(shí)得到上位機(jī)信息，且獲得關(guān)節(jié)指令，將信息反饋落實(shí)到位。并且，微處理器控制系統(tǒng)還可對(duì)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)給予有效控制。此外，將模糊性網(wǎng)絡(luò)智能控制閥應(yīng)用于機(jī)器人行動(dòng)控制中對(duì)系統(tǒng)誤差指數(shù)控制更有利，促機(jī)器人行動(dòng)控制穩(wěn)定性增強(qiáng)。現(xiàn)今，新型機(jī)器人（由動(dòng)滾輪和四條連桿組成）的出現(xiàn)，主要通過后補(bǔ)的兩條滾輪完成移動(dòng)。另外，模糊性網(wǎng)絡(luò)智能控制法可對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的行動(dòng)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，典型的即相同十字路口，經(jīng)模糊性網(wǎng)絡(luò)智能控制法能夠完成對(duì)多個(gè)機(jī)器人的行動(dòng)控制，完成拐彎、回避、轉(zhuǎn)身等一系列指令的傳輸。有必要提到的是，在指令傳輸時(shí)，模糊性網(wǎng)絡(luò)智能控制法可為機(jī)器人行動(dòng)領(lǐng)域供給集中化行動(dòng)和分布式行動(dòng)。此外，可借助模糊性網(wǎng)絡(luò)智能控制法來調(diào)控機(jī)器人運(yùn)行期間發(fā)生的差異性故障。

3.2智能控制在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用

信息化時(shí)代的到來，數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)與人工智能技術(shù)均取得了快速發(fā)展，在科技領(lǐng)域同樣為機(jī)器人技術(shù)性能與智能化水平提出了更高要求。故而，智能控制在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域也得到了大力應(yīng)用?，F(xiàn)今，機(jī)器人存在自由空間和障礙空間兩大工作空間。通常情況下，機(jī)器人自由空間應(yīng)用由Kohonen神經(jīng)元支配的權(quán)向量，并且于自由空間中選取和其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，再把坐標(biāo)看作網(wǎng)絡(luò)輸入作業(yè)，且通過輸入信息來對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)給予輔助促其更好的學(xué)習(xí)，并且采取分布形式和公式來展現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)習(xí)時(shí)，模糊控制系統(tǒng)和神經(jīng)功能共同構(gòu)成局部規(guī)劃器進(jìn)行推理作用發(fā)揮。機(jī)器人行走時(shí)會(huì)遇到模糊控制，再結(jié)合具體情況進(jìn)行行動(dòng)路徑調(diào)整。此外，不管是兩足步行機(jī)器人或仿真機(jī)器人均需應(yīng)用到智能控制技術(shù)?？v觀當(dāng)前的應(yīng)用情況，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)應(yīng)用可很好的進(jìn)行多種問題（如多變量問問題、非線性問題等）解決。總的來講，智能控制技術(shù)將在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。

3.3智能控制在機(jī)器人生產(chǎn)線領(lǐng)域的應(yīng)用

智能控制機(jī)器人、智能監(jiān)控技術(shù)還在生產(chǎn)線中得到大力應(yīng)用，典型的即智能移動(dòng)式水果采摘機(jī)器人的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)就用到了機(jī)械機(jī)構(gòu)與智能結(jié)構(gòu)兩部分。而智能結(jié)構(gòu)部分用到的系統(tǒng)為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制卡、傳感器控制模塊等。在作業(yè)開展前，先識(shí)別與定位目標(biāo)果實(shí)，再進(jìn)行三維位置確定，并且再設(shè)計(jì)時(shí)還可同時(shí)完成軟、硬件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行采摘成功率實(shí)驗(yàn)，此后不管哪種天氣，智能機(jī)器人皆可正常移動(dòng)，將采摘作業(yè)完成，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采摘成功率超過85%。

4結(jié)論

智能控制的應(yīng)用帶動(dòng)了機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展，為人類工業(yè)制造、公共服務(wù)、特殊環(huán)境作業(yè)等均供給了重要支持，且因人類需求的多元化，高智能化機(jī)器人技術(shù)正逐步得到探索，相信今后我國(guó)在智能機(jī)器人領(lǐng)域?qū)@得更多成就。

作者：陳斌 單位：云南大學(xué)旅游文化學(xué)院