智能控制及其在機(jī)器人行業(yè)中的應(yīng)用

王 頔

（安陽(yáng)工學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000）

智能控制及其在機(jī)器人行業(yè)中的應(yīng)用

王 頔

（安陽(yáng)工學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000）

我國(guó)對(duì)于機(jī)器人的研究起步較晚，技術(shù)相對(duì)比較落后，為了提升機(jī)器人行業(yè)發(fā)展的速度，國(guó)家制定了相應(yīng)的政策，鼓勵(lì)智能控制的發(fā)展及在機(jī)器人行業(yè)中的普及。本文對(duì)智能控制技術(shù)的發(fā)展歷程及主要算法進(jìn)行介紹，并提出了智能控制在機(jī)器人行業(yè)中的具體應(yīng)用方法，以期促進(jìn)我國(guó)機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，縮小與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)之間的差距。

智能控制；機(jī)器人；原理；應(yīng)用

1 引言

機(jī)器人的研究與應(yīng)用自20世紀(jì)以來(lái)得到了普遍發(fā)展，改變了人們傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式，使得各行各業(yè)向著自動(dòng)化的方向發(fā)展。可以說(shuō)，機(jī)器人的出現(xiàn)在很大程度上改變了人類的生活，伴隨著科技的進(jìn)步，機(jī)器人行業(yè)得以迅速發(fā)展，使得人們的思維也發(fā)生了一定變化。作為自動(dòng)化控制技術(shù)史上的一個(gè)重要里程碑，智能控制技術(shù)的誕生顛覆了控制技術(shù)的概念。在智能控制技術(shù)中，結(jié)合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能技術(shù)以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多方面的先進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)與機(jī)器人的結(jié)合極大地促進(jìn)了機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展，因此對(duì)智能控制在機(jī)器人行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

2 智能控制技術(shù)

智能控制技術(shù)的誕生使得人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，應(yīng)用范圍廣泛，作為其應(yīng)用領(lǐng)域之一的機(jī)器人行業(yè)，其發(fā)展方向也發(fā)生了改變。在智能控制技術(shù)的發(fā)展歷程中，主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段，一是對(duì)最基本理論方法的研究，二是通過(guò)綜合多種理論方法達(dá)到更加理想的效果，也就是智能控制技術(shù)的集成化發(fā)展［1］。

在智能控制技術(shù)中，應(yīng)用到的算法主要有以下兩種：一是遺傳算法，二是蟻群算法。所謂遺傳算法指的是以生物學(xué)遺傳機(jī)制與進(jìn)化論原理為基礎(chǔ)，從而展開一種并行隨機(jī)搜索的優(yōu)化算法。在這種算法中，主要根據(jù)選取的適配值函數(shù)完成對(duì)個(gè)體的篩選，保留適配值高的個(gè)體，從而組成一個(gè)新群體，這種新群體不僅具備了上一代信息，而且優(yōu)于上一代，通過(guò)此方式不斷循環(huán)，不斷提升群體中的個(gè)體適應(yīng)度，直到符合條件為止；而蟻群算法所依賴的是群體智慧，其主要原理與螞蟻尋找食物所走的路線相似，為螞蟻制定幾條路線，領(lǐng)頭螞蟻選擇次數(shù)最多的路線即為最優(yōu)路線。該算法主要應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)，尤其是在配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃中應(yīng)用中更為普遍。

最近幾年，人工智能與機(jī)器人技術(shù)發(fā)展比較迅速，廣大學(xué)者們又開始對(duì)智能控制進(jìn)行重點(diǎn)研究。一些智能控制系統(tǒng)像專家控制、模糊控制、神經(jīng)控制以及故障診斷等已經(jīng)逐漸應(yīng)用于工業(yè)控制、機(jī)器人控制等的各個(gè)過(guò)程［2］。這種國(guó)際形勢(shì)使得國(guó)內(nèi)的智能控制研究開始活躍，經(jīng)常舉辦一些有關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議以及其他的學(xué)術(shù)活動(dòng)，也涌現(xiàn)出了一系列的研究成果，種種跡象表明，智能控制在我國(guó)已經(jīng)作為一種獨(dú)立學(xué)科而發(fā)展起來(lái)了。

在智能控制技術(shù)的發(fā)展歷程中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境感知和路徑規(guī)劃方面應(yīng)用廣泛，它的發(fā)展對(duì)于豐富其理論起了極大的促進(jìn)作用，它在機(jī)器人行業(yè)中的應(yīng)用極大提升了其人性化。在復(fù)雜環(huán)境中怎樣使機(jī)器人能夠選取一種最優(yōu)路線成為當(dāng)前學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，即所謂的路徑規(guī)劃問(wèn)題。在地質(zhì)勘探中，對(duì)于路徑規(guī)劃的應(yīng)用比較普遍，機(jī)器人能夠在復(fù)雜的環(huán)境中代替人類完成一些高難度任務(wù)。

在此有必要介紹一些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在局部路徑規(guī)劃中的應(yīng)用。所謂局部路徑規(guī)劃也可以稱之為動(dòng)態(tài)碰壁規(guī)劃，在全局規(guī)劃的前提下，通過(guò)對(duì)即時(shí)采集的局部環(huán)境信息進(jìn)行分析，在最短時(shí)間內(nèi)制定出躲避障礙物路線?？梢钥闯觯植柯窂揭?guī)劃是感知空間到行動(dòng)空間的映射。這種映射關(guān)系的實(shí)現(xiàn)方法靈活多樣，無(wú)法用一個(gè)固定的公式來(lái)表達(dá)。因此，在這一過(guò)程中使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最為合適，同時(shí)還可以引進(jìn)模糊算法、遺傳算法等使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的類型豐富，從而更完美地實(shí)現(xiàn)局部規(guī)劃。

3 智能控制在機(jī)器人行業(yè)中的應(yīng)用

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)器人領(lǐng)域的科技發(fā)展愈加全面，把人工智能及傳感器等技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人行業(yè)就是其中的而一個(gè)例子。從動(dòng)力學(xué)原因分析，機(jī)器人行業(yè)的有關(guān)技術(shù)呈現(xiàn)出非線性及動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)，對(duì)于機(jī)器人的控制技術(shù)也必須具備多樣化的特點(diǎn)，這就需要在機(jī)器人行業(yè)中必須引進(jìn)智能控制技術(shù)。

3.1 對(duì)機(jī)器人行動(dòng)路線的控制

根據(jù)機(jī)器人的機(jī)械原理分類，一種腿部由四條連桿和動(dòng)輪組成的機(jī)器人，在移動(dòng)過(guò)程中主要依靠對(duì)滾輪的角度進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。在對(duì)該種機(jī)器人的移動(dòng)路線進(jìn)行設(shè)定時(shí)，一般的控制器根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)非線性系統(tǒng)的控制，這就需要采用智能控制技術(shù)的作用，主要是模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制的方法在此種控制中發(fā)揮了極大作用。通過(guò)該控制模式的使用，機(jī)器人的系統(tǒng)誤差被控制在了一定的范圍之內(nèi)，而且對(duì)機(jī)器人移動(dòng)路線的控制更加精準(zhǔn)。

3.2 機(jī)器人的行動(dòng)計(jì)劃

在十字路口要想對(duì)多個(gè)機(jī)器人的行動(dòng)進(jìn)行控制，就要對(duì)機(jī)器人的回避與協(xié)調(diào)問(wèn)題進(jìn)行考慮。智能控制理論在此問(wèn)題中能夠解決機(jī)器人的集中式路線設(shè)計(jì)和分布式行動(dòng)特點(diǎn)這些難題。根據(jù)每個(gè)機(jī)器人在單獨(dú)行動(dòng)時(shí)的路線，在單路行動(dòng)路線不變的基礎(chǔ)上采用分布式行動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使機(jī)器人在有可能發(fā)生碰撞的區(qū)域進(jìn)行避讓，通過(guò)這種設(shè)計(jì)思想，也就避免了多個(gè)機(jī)器人的碰撞［3］。此種方式的應(yīng)用，充分說(shuō)明智能控制能夠很好地解決多個(gè)機(jī)器人行動(dòng)時(shí)的回避與協(xié)調(diào)問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)，智能控制技術(shù)正在處于發(fā)展階段，其技術(shù)并不成熟，機(jī)器人行業(yè)作為其應(yīng)用的主要方面之一，在其設(shè)計(jì)中如果能夠結(jié)合多種智能控制技術(shù)的應(yīng)用，能夠促使機(jī)器人行業(yè)獲得新的發(fā)展，為人類提供更大的便利。

［1］武星，樓佩煌，楊雷等.基于視野狀態(tài)分析的機(jī)器人路徑跟蹤智能預(yù)測(cè)控制［J］.機(jī)器人，2009，31（04）∶357-364.

［2］蔡自興.智能控制及移動(dòng)機(jī)器人研究進(jìn)展［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，36（05）∶721-726.

［3］謝存禧，顏波，張鐵等.磁懸浮伺服的機(jī)器人裝配夾具及其智能控制［J］.機(jī)器人，2001，23（05）∶442-446.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.087

王頔（1988-），女，河南安陽(yáng)人，碩士，助教，研究方向∶智能算法、機(jī)器人控制等。