智能控制及其在機器人行業中的應用

王 頔

（安陽工學院，河南 安陽 455000）

智能控制及其在機器人行業中的應用

王 頔

（安陽工學院，河南 安陽 455000）

我國對于機器人的研究起步較晚，技術相對比較落后，為了提升機器人行業發展的速度，國家制定了相應的政策，鼓勵智能控制的發展及在機器人行業中的普及。本文對智能控制技術的發展歷程及主要算法進行介紹，并提出了智能控制在機器人行業中的具體應用方法，以期促進我國機器人行業的發展，縮小與國際先進技術之間的差距。

智能控制；機器人；原理；應用

1 引言

機器人的研究與應用自20世紀以來得到了普遍發展，改變了人們傳統的手工作業方式，使得各行各業向著自動化的方向發展。可以說，機器人的出現在很大程度上改變了人類的生活，伴隨著科技的進步，機器人行業得以迅速發展，使得人們的思維也發生了一定變化。作為自動化控制技術史上的一個重要里程碑，智能控制技術的誕生顛覆了控制技術的概念。在智能控制技術中，結合了計算機技術、智能技術以及人工神經網絡技術等多方面的先進技術，該技術與機器人的結合極大地促進了機器人行業的發展，因此對智能控制在機器人行業中的應用進行研究具有現實意義。

2 智能控制技術

智能控制技術的誕生使得人們的生活發生了翻天覆地的變化，應用范圍廣泛，作為其應用領域之一的機器人行業，其發展方向也發生了改變。在智能控制技術的發展歷程中，主要經歷了兩個階段，一是對最基本理論方法的研究，二是通過綜合多種理論方法達到更加理想的效果，也就是智能控制技術的集成化發展［1］。

在智能控制技術中，應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遺傳機制與進化論原理為基礎，從而展開一種并行隨機搜索的優化算法。在這種算法中，主要根據選取的適配值函數完成對個體的篩選，保留適配值高的個體，從而組成一個新群體，這種新群體不僅具備了上一代信息，而且優于上一代，通過此方式不斷循環，不斷提升群體中的個體適應度，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，領頭螞蟻選擇次數最多的路線即為最優路線。該算法主要應用于工業系統，尤其是在配電網的優化規劃中應用中更為普遍。

最近幾年，人工智能與機器人技術發展比較迅速，廣大學者們又開始對智能控制進行重點研究。一些智能控制系統像專家控制、模糊控制、神經控制以及故障診斷等已經逐漸應用于工業控制、機器人控制等的各個過程［2］。這種國際形勢使得國內的智能控制研究開始活躍，經常舉辦一些有關的學術會議以及其他的學術活動，也涌現出了一系列的研究成果，種種跡象表明，智能控制在我國已經作為一種獨立學科而發展起來了。

在智能控制技術的發展歷程中，人工神經網絡在環境感知和路徑規劃方面應用廣泛，它的發展對于豐富其理論起了極大的促進作用，它在機器人行業中的應用極大提升了其人性化。在復雜環境中怎樣使機器人能夠選取一種最優路線成為當前學者研究的熱點問題，即所謂的路徑規劃問題。在地質勘探中，對于路徑規劃的應用比較普遍，機器人能夠在復雜的環境中代替人類完成一些高難度任務。

在此有必要介紹一些神經網絡在局部路徑規劃中的應用。所謂局部路徑規劃也可以稱之為動態碰壁規劃，在全局規劃的前提下，通過對即時采集的局部環境信息進行分析，在最短時間內制定出躲避障礙物路線。可以看出，局部路徑規劃是感知空間到行動空間的映射。這種映射關系的實現方法靈活多樣，無法用一個固定的公式來表達。因此，在這一過程中使用神經網絡最為合適，同時還可以引進模糊算法、遺傳算法等使神經網絡的類型豐富，從而更完美地實現局部規劃。

3 智能控制在機器人行業中的應用

伴隨著計算機技術的發展，在機器人領域的科技發展愈加全面，把人工智能及傳感器等技術應用于機器人行業就是其中的而一個例子。從動力學原因分析，機器人行業的有關技術呈現出非線性及動態性特點，對于機器人的控制技術也必須具備多樣化的特點，這就需要在機器人行業中必須引進智能控制技術。

3.1 對機器人行動路線的控制

根據機器人的機械原理分類，一種腿部由四條連桿和動輪組成的機器人，在移動過程中主要依靠對滾輪的角度進行控制來實現。在對該種機器人的移動路線進行設定時，一般的控制器根本無法實現對非線性系統的控制，這就需要采用智能控制技術的作用，主要是模糊神經網絡自適應控制的方法在此種控制中發揮了極大作用。通過該控制模式的使用，機器人的系統誤差被控制在了一定的范圍之內，而且對機器人移動路線的控制更加精準。

3.2 機器人的行動計劃

在十字路口要想對多個機器人的行動進行控制，就要對機器人的回避與協調問題進行考慮。智能控制理論在此問題中能夠解決機器人的集中式路線設計和分布式行動特點這些難題。根據每個機器人在單獨行動時的路線，在單路行動路線不變的基礎上采用分布式行動特點進行設計，使機器人在有可能發生碰撞的區域進行避讓，通過這種設計思想，也就避免了多個機器人的碰撞［3］。此種方式的應用，充分說明智能控制能夠很好地解決多個機器人行動時的回避與協調問題。

4 結語

在我國，智能控制技術正在處于發展階段，其技術并不成熟，機器人行業作為其應用的主要方面之一，在其設計中如果能夠結合多種智能控制技術的應用，能夠促使機器人行業獲得新的發展，為人類提供更大的便利。

［1］武星，樓佩煌，楊雷等.基于視野狀態分析的機器人路徑跟蹤智能預測控制［J］.機器人，2009，31（04）∶357-364.

［2］蔡自興.智能控制及移動機器人研究進展［J］.中南大學學報（自然科學版），2005，36（05）∶721-726.

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

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

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