基于工業機器人的智能化運動控制模式分析

摘要：隨著我國科學技術的快速發展，工業機器人作為新型檢測科技水平的標志之一，出現在大眾的視野中。機器人技術，是一門集計算機學、信息與傳感技術、仿生學等人工智能學科為一體的綜合性學科，在促進社會工業化生產和提高產業自動化方面，做出了不可磨滅的貢獻。與此同時，工業機器人的出現，也極大提高了居民生活水平，為人們的生活帶來巨大的便利。本文通過對工業機器人智能化運動控制模式的分析，旨在能夠更為深入的了解和掌握這門技術，使其能夠發揮出真正的作用與價值。

關鍵詞：智能化運動;控制模式;工業機器人

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A

文章編號：1009- 3044（2020）09-0179-02

進入二十一世紀以后，我國科學技術的發展日新月異。工業機器人作為一項重要的研究成果，不僅是我國生產力水平證明的標志之一，同時也極大提高了社會生產力的發展。一方面，工業機器人作為新興科技，不僅有國家政策的大力支持，同時也具有帶動企業發展，提高企業效率的作用，就目前情況而言，工業機器人的投入使用在近代工業自動化的過程中已經成為一種必然的趨勢。另～方面，工業機器人作為智能化產物，能夠通過對人的思維和行為的模仿，來進行相關任務和工作需要，在未來的發展趨勢中，機器人勢必會具有更為人性化的需求與功能，從而達到解放人類雙手的目的。機器人在日常使用中，不僅僅是滿足簡單機械化的勞動，同時也能夠通過一定的程序操作來滿足智能化的要求，例如在掃地機器人中的感應裝置，電梯扶梯中的紅外線與重力感應，甚至是手機中的智能語言對話，都是智能化的表現和應用。因此，解決機器人動作設定和思維模式的關鍵之處在于對智能控制系統的優化與更新。通過對機器人智能控制系統的優化，提高機器人的工作能力與感應敏感程度，符合人類對機器人構造的基本設想，從而達到機器人與環境相適應的要求，為人類生活提供便利。

在目前我國制造業的轉型目標最為主要的三個方面分別是機器人技術、人工智能技術以及數字化技術。其中，人工智能作為轉型目標，是三個技術中最為主要的，同時也是最為復雜的，而機器人技術則是發展中的硬件必須。因此，對機器人的智能化控制成為當前研究與討論的熱點。一方面，人工智能雖然是近年來才被提出，但是發展速度較快，并且有先進的經驗借鑒，在未來應用中，具有更廣闊的前景和應用領域。另一方面，智能制造作為新時代科技發展的必然趨勢，已經具備基本的智能操作系統。目前，我國應用智能控制機器人的高端產業就有很多。首先是焊接機器人在智能制造領域的嶄露頭角。焊接工藝作為一項傳統的工業中不可缺少工藝，較多應用于鋼鐵行業。焊接機器人的出現，不僅能夠很好的解決焊接工藝對人體造成的危害和對眼睛的傷害，同時也能夠減少焊接誤差，能夠做到人類肉眼看不到的焊接細縫，從而提高焊接工藝的精確程度和耐用牢固程度。

其次是搬運機器人。在物流行業中使用最多，作用最大的新型工業產物。將智能機器人適用于物流工業中，不僅能夠有效的代替傳統費力的勞動力，改變傳送帶時代運輸環境問題，同時也能夠極大減少了人工工作時間，從而提高工作效率，促進區域經濟的發展。一方面，搬運機器人相比較于傳統的搬運方式來說，大大提高了搬運速度，在高度與負重方面，也有很大進步。我國現在承重量最大的機器人能夠承重一千三百千克，完成垂直五米以內的各種運動工作。另一方面搬運機器人能夠實現六個自由度，將誤差減少至一毫米之間。但就目前而言，由于我國關于這方面的科技開發較晚，發展速度仍然落后于其他國家。

最后是智能機器人在鋼鐵領域的應用。在鋼鐵領域最常用到的是自動拆捆機器人，自動取樣機器人，自動貼標簽機器人，三個機器人。由于鋼鐵行業多使用冷軋生產工藝，所以在操作過程中，需要三個類型的機器人完成不同階段的工作。一方面，不僅能夠有效減少傳統工作時間，提高工作效率。另一方面，人工干預的減少也降低了意外事故和勞動力成本。可以促進產業其他方面的發展，從而推動經濟的發展和提高。

因此，相比較于傳統制造工業中效率低，安全性能低等特點，智能機器人的投入和使用，是智能時代的必然趨勢，也是現代各行各業尋求經濟轉型的重要手段和途徑。就目前發展形勢而言，智能機器人的開發和利用仍然有較大的發展空間，在推動社會生產力發展的同時，還需要讓機器人能夠很好地融人現實世界，為人類提供更為便利的幫助。這就需要我們在經濟發展的同時，加大對人工智能發展的投入和研究，提高對人工智能控制系統的優化和更新，因此，需要我們對當前人工智能運動控制模式有一定的了解。

1 工業機器人智能化運動控制系統結構

工業機器人的組成總共分為三個部分，即主體，驅動系統和控制系統。主體就是我們所看到的機器人本身，由于具有模仿人的特性，因此機器人的主體包括手部，腕部，臂部三個部位。在不同的部位，擁有不同的自由度，即獨立運動的參數。例如，在手部擁有四到七個自由度，腕部有二到三個自由度，臂部則有四到五個自由度。這些自由度的裝置，主要是為機器人規定位置的坐標數目，以保證機器人在每個動作之間都保持相同的跑頻率和距離。

其次是在驅動系統，驅動系統主要包括傳動裝置與動力結構。如果主體作為硬核，那么驅動系統就是主體的發動機。其中傳動裝置可以說是機器人的牽引力與拉力的裝置，而動力結構則是對機器人的驅動，促使機器人按照固定的軌跡完成動作，并保證動作的持續性與重復性。

最后是工業機器人最為核心的控制系統。控制系統作為工業機器人的中樞系統，內部裝置較為復雜，總共分為五個部分。第一是對機器人本身自由度的坐標點和運動軌跡的控制。不同的坐標與軌跡能夠控制機器人的手足狀態，從而支撐機器人完成機械動作。第二是對機器人自由度之間的相互協調配合的設置，由于機器人受自由度數量的限制，因此，形成多變量的控制系統就顯得尤為重要。第三是通過對機器人下定義，即命令格式，保證機器人的正常工作和安排相應的其他工作內容，主要目的是通過一定的代碼形式，讓機器人能夠有自己本身的分辨能力，從而更好地完成任務。第四由于機器人的運動狀態的描述是非線性數學模型，因此，在外力環境與機器人本身狀態的不斷變化中，機器人本身參數設置也會隨之發生改變，所以，僅僅使用位置閉環的方式往往是無法達成目的的，同時，我們應該選擇加速度或者速度閉環，來解決機器人參數變化幅度問題。第五是機器人控制系統的最優化。一方面，在現行的機器人之中，能夠對工業發展產生較大的幫助，但由于技術發展程度的有限性，機器人使用范圍仍然較為狹窄，基于此，擴大機器人的使用范圍和提高現有工業機器人的工作效率成為當前對工業機器人控制系統優化的主要目標。另一方面，機器人的發明和使用，不僅僅滿足于簡單的工業制造行業，智能機器人的使用是為了以解放人類雙手為目標而實現的，因此，在機器人控制系統中，需要植入具有人的思維模式的新型控制模式，以便于機器人能夠更好地感受人類復雜的情感和思想，從而能夠更好地融人社會生活，為人類發展提供便利。

2 工業機器人智能化運動控制方式

工業機器人智能化運動控制方式由四個方面展開。在此之前，我們需要了解到工業機器人智能化控制系統的特點，根據不同的特點來更好的區別控制方式。

首先，機器人的運動都是以相對應的坐標點來完成，因此，為了保證機器人在工作中的平穩運行，首先需要對機器人進行準確的坐標設置，同時，由于機器人在任務過程中，需要不停變換，因此，在坐標點的選擇和確定上，都需要進行適當的變換。與工業機器人坐標特點相對應的控制方式是點位控制方式，通過對機器人的坐標定位，進一步對工業機器人姿勢進行控制，從而完成機器人促使機器人能夠快速準確地完成固定點的任務。

其次是工業機器人需要自由度。自由度是工業機器人完成不同的任務，在進行連續操作時，對連續動作的設定。以此來完成全部動作任務。而相對應的控制方式是對工業機器人連續軌跡的控制。連續軌跡的控制是在機器人位置坐標確定后的控制方式，通過對機器人末端執行器進行一種姿勢變換的連續控制行為。通過該方式能夠使機器人連續不間斷的完成相關任務，相比于點式控制方式，連續控制方式能夠更好地保證機器人在操作過程中的準確與平穩。

最后，機器人有可以通過計算機等多種方式來進行控制的特點。一方面，機器人雖然具有人的外形特征，但是在思維方式和語言交流上仍有欠缺，因此，在控制機器人時，同樣需要輸入機器人能夠讀懂的語言.即代碼方程，以此可以控制機器人的行為動作。另一方面，由于機器人適應范圍的不斷增加和現代科技的不斷發展，我國現有機器人已經能夠識別準確的人類語言，以直接的語言溝通方式來完成對機器人指令的操作，從而完成相關任務。但在目前，由于我國人文地理較為復雜，機器人的識別能力有限，因此，在未來的發展中，需要提高機器人的智能識別能力，同時增加機器人的資源儲備，以便于更好地服務于人類社會。

3 結論

綜上所述，在機器人相關技術快速穩定發展的趨勢下，我國機器人在工業領域中的應用規模逐漸擴大，在機械加工領域的應用也越來越廣泛，同時，應用前景也更加廣闊。并且作為先進制造技術的典型代表，工業機器人是機械加工自動化發展的主要方向。在國內外相關研究進步的趨勢下，工業機器人將會朝向高精確度與智能化方向快速發展，以此更好地適應產業發展需要。

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【通聯編輯：張薇】

作者簡介：周晴（1978-），女，江蘇武選人，碩士，講師，主要研究方向：自動化控制、信號與系統分析。