智能移動機器人控制技術的改造升級

文/裴曙光

（鹽城幼兒師范高等?？茖W校 江蘇省鹽城市 224005）

得益于我國人工智能技術的創新發展，在軍事、農業、海洋開發以及工業生產等領域都涉及到對智能機器人的廣泛應用，作為常用智能機器人類型之一，智能移動機器人的應用可實現對生產、作業效率與質量的提升。但是隨著機器人智能化需求的日漸提升，傳統移動機器人不再滿足于現代化智能生產作業的開展，需要借助對控制技術的改造升級來提升移動機器人的智能性與科技性。也正因此，進行控制技術升級改造的深入研究，對于推動智能機器人領域發展有著重要現實意義。

1 智能移動機器人基礎控制系統

作為現階段常用智能機器人類型，移動機器人基礎控制系統功能包括：

（1）穩定系統，主要功能為保持移動機器人在運行期間的穩定性與安全性；

（2）機械系統，通過設置安全且簡單的機械系統，可實現機器人移動期間避免出現沖撞現象，降低機器人損壞幾率；

（3）控制系統，控制系統設置應具備高效、穩定特點，因為機器人性能的發揮受到控制系統控制精準度、響應速度的直接影響；

（4）電源系統，通過為智能移動機器人設置可靠、體積小、密度高的電池，可提升機器人運行穩定性，保證機器人在各種任務中高效運行；

（5）定位系統，作為控制系統重要組成，定位系統精準性會直接影響到機器人位置識別確定的精準性；

（6）執行系統，完善且科學的執行系統可保證機器人能始終保持對指令的高效執行；

（7）環境感知系統，通過設置環境感知系統，可幫助機器人快速識別周圍環境，并以此依據制定科學應對措施，確保機器人可以在各種環境條件下穩定運行；

（8）組裝系統，組裝系統是否簡單便捷，會直接影響到操控者使用便捷性；

（9）儲電系統，儲電系統是保障機器人運行的關鍵所在，機器人運行時間與儲電容量之間存在直接關聯；

（10）電路穩定系統，通過合理配置穩定系統，可實現機器人電路系統的穩定運行，避免因自身電路問題而影響到運行效果；

（11）穩定控制系統。通過為機器人安設穩定控制系統，可實現操控者在任何情況下進行移動機器人的控制，避免出現失控等意外[1]；

（12）信息處理系統，作為控制系統核心組成，信息處理系統如機器人的“大腦”，可實現對所有信息的匯總、分析以及處理，并起到控制、指揮整體系統的作用。

2 控制方式的分析與選擇

針對移動機器人電機控制的研究，當前常用控制芯片包括：

2.1 電機集成芯片

現階段常用專用集成芯片包括UCC3626、MC33039，芯片不僅結構簡單，且響應速度較快，該芯片的應用成本較低，在系統集成方面表現優異。另外，在過流保護、位置檢測等方面，該芯片可以發揮出重要作用。但是需注意，專用集成芯片的應用無法進行二次升級，并且芯片內部需要對相關軟件二次固化，缺乏靈活性[2]。

2.2 單片機

針對移動智能機器人的研發，需要具備以下特點：

（1）應控制移動機器人的體型，確保在相關生產作業活動中機器人可以靈活運行；

（2）機器人的開關可以受到電機的靈活控制；

（3）移動機器人控制需具備較高精準度。若移動機器人芯片選用單片機，因單片機在信息處理方面能力較差，并且單片機不會進行電機控制外設裝置的設置，所以無法達到移動機器人開關靈活控制的要求[3]。并且單片機的應用需要對機器人進行設備的拓展設置，使得機器人制造時體型增大。

2.3 DSP芯片

DSP芯片的應用，相較于上述兩種芯片，具備以下優勢：

（1）升級后的芯片結構比以往總線結構更為優異，因為升級后結構會分成軟件空間、存儲空間兩部分，在運行期間，這兩部分同時運行可實現對執行時間的縮短，大幅度提升運算速率，進而達到工作效率提升的目的；

（2）該芯片應用實現對累加器、乘法器工作模式的升級與改進，所以會顯著提升機器人的運算速度；

（3）DSP芯片的應用，在運行期間可實現對每個指令執行步驟的自主完成；

（4）相較于單片機芯片，DSP芯片在集成度方面表現更為優異，實現對移動機器人電機性能的最大發揮[4]。

3 智能移動機器人控制技術升級與改造

3.1 基礎控制技術升級

基于行為控制方法為反應式系統的升級，具體包括純粹反應式與極端慎思型。針對反應式系統而言，是指機器人無法做出思維活動，僅能依托于命令進行肢體動作的體現[5]。而基于行為控制方法則是反應式系統的全新升級，大量學者對基于行為方法開展深入研究分析，并得出以下結論：Maja Mataric等人認為基于行為方法機器人可以起到銜接工程與人工智能的紐帶作用，而基于行為方法則是智能機器人設計的主要理論與方法，是構成智能體的主要模式。通過為機器人進行框架設定，以期借助設計約束來實現對操控問題的解決。另外，基于行為方法涉及到生物性靈感的應用，即借助生物性靈感為機器人劃定可允許空間內的自由。Maja Mataric認為控制智能系統的實現需要依托于基于行為方法論，并以生物性靈感為依據，進行仿生機器人的研究與設計，可實現在提升機器人智能性的同時，幫助人們對生物性結構認知的加深。

分析現階段移動機器人制造，大部分機器人僅能對預先設定動作的完成，在自由行、自主性方面設計仍有待提升，具體運行期間也只能按照預先設定來完成指定工作。若機器人運行過程中發生環境變化，那么預先設定與實際環境之間的契合性會下降，因為預先設定雖可以囊括部分突發情況，但是無法做到涵蓋所有方面，所以在運行期間若外部環境發生超出預先設定，機器人無法做出適當且合理的反應[6]。所以，需要注重對基于行為控制方法應用，通過對以往反應式系統升級改造，實現對上述問題現象的避免，確保機器人的運行可以與各種環境有效契合，提升移動機器人運行穩定性與高效性。

3.2 主動視覺技術應用

作為當前熱門研究，主動視覺技術目前在機器視覺、計算機視覺方面有一定應用。所謂主動視覺技術，是指該技術可以主動視覺周圍環境，具有較強反應與感知能力。而在移動機器人控制技術改造升級中融入主動視覺技術，可實現提升機器人周圍環境分析能力，對姿態、光感、位置、成像光學條件進行準確分辨，進而達到提升機器人反應能力的目的，依據對當前情況的分析有效調整自身狀態，確保機器人對相應任務的準確完成[7]。針對主動視覺系統應用，可構建完善圖像采集平臺，實現自主調整狀態、自主應對環境變化。以計算機存儲量增大、圖像技術提升、運算速度提升為依據，利用導航來控制視覺信息，而導航系統主要作用體現為周圍環境的檢測，繼而依托于導航系統完成路況檢測、路標識別等任務。依托于主動視覺技術進行智能移動機器人控制技術的改造與升級，促使機器人依據對周圍信息的全面掌握，合理計算與調整方向與速度，最終準確完成任務。

3.3 超聲波測速

超聲波作為機械震蕩的一種，具有彈性介質特點，傳播速度僅為光波的百萬分之一，具備縱向分辨率高，以及對色彩、外界光線以及電磁場不敏感的特點，在煙霧、灰塵、毒霧、黑暗的環境仍可以實現對物質有效測試，因其傳播廣泛、抗干擾能力強等特點被應用于移動機器人控制技術改造中[8]。針對該技術具體應用，通過控制其進行方波信號功率的放大，借助轉能器在空氣中進行超聲波的輸出，此時若機器人前方出現障礙物，超聲波會發生反射現象，進而被機器人換能器接收，以此實現對障礙物距離的測算。障礙物距離的測算方法，主要是依據對渡越時間法的應用，進一步提升移動機器人測距的精準性。

3.4 PLC技術

移動機器人控制技術升級與改造中進行PLC技術的升級，可實現提升機器人運動控制有效性。針對PLC技術的具體應用，具備靈活性強、編程簡單、穩定性強等特點，應用于移動機器人的主要目的為進行繼電器的替代，并對相應功能進行強化，具體體現為：

（1）運動控制。實現對移動機器人位置、加速度、速度的控制，依據對相關程序的編寫，讓移動機器人做出直線運動、多坐標運動、平面運動以及角度變化運動等，具體運動控制形式為伺服電機、步進電機，也就是開環與閉環控制[9]。此外，PLC技術應用進行多個移動機器人的統一控制。

（2）信息控制?？蓮娀苿訖C器人信息數據采集、變換、檢索、存儲以及處理等。與此同時，移動機器人通過對PLC技術的應用，可實現對系統信息控制的強化，采集、分析以及處理機器人內部、外部各個參數，具體包括定位數據、角度、位移以及速度數據等，依托于數據的采集與處理，在控制端顯示屏中顯示機器人相關數據信息。

（3）遠程控制。是指對機器人遠程系統的部分內容進行控制與檢測，PLC技術的應用，可拓展移動機器人通訊接口，提升機器人通訊、聯網能力，可顯著提升機器人遠程控制效果。例如運行期間機器人傳感器、執行裝置可與PLC進行設備網的構建，或者是進行相互操作與數據交換。再或者進行遠程控制系統聯接，進一步提升遠程控制范圍。

4 智能移動機器人控制技術發展方向

4.1 統一化的指導理論

依據對現階段智能移動機器人指導理論現狀的分析，未來其控制技術的升級與改造的指導理論必然會發展成一致性的方向，不僅是在指導理論方面的一致和統一，更是對智能移動機器人關鍵性控制基礎、通用技術的普及，進而實現對移動機器研發、制造成本，為機器人智能化、自動化發展打下良好基礎。

4.2 明確的研究目標

移動機器人控制技術的研究，具有多方向、多元化的特點，而在未來控制技術研發過程中，雖研發方向仍會以多元、多方向為主，但是其研究目標會更為細化，進而實現對機器人控制技術專用性、專業性的提升。此外，智能化控制技術的研究需要充分考慮到實用性、普及性等因素，確保其智能化控制技術的研究可以被廣泛應用于智能機器人領域[10]。

4.3 科技創新

科技創新是智能移動機器人控制技術研究領域不斷發展的主要支撐，而在國家不斷鼓勵與支持下，我國科技創新勢必會呈現出跨越式發展態勢，這為智能控制技術的研究起到重要推動作用，為智能移動機器人控制技術的不斷升級與改造打下良好基礎。

5 結束語

綜上所述，作為智能移動機器人系統重要組成，控制系統為機器人穩定運行重要保障。隨著智能移動機器人應用范圍、領域的不斷加大，對機器人控制要求不斷提升，需要通過對控制技術的科學改造與升級，實現對機器人控制性能與水平的大幅度提升。鑒于此，需依據機器人崗位職能、環境、行業等因素的分析，加大對移動機器人控制技術改進與升級的研究力度，通過對機器人控制系統的不斷優化與創新，實現對任務完成質量與效率的提升，確保機器人智能化、自動化、遠程化運行滿足實際需求。