基于人工智能技術的計算機離線編程系統開發

李小松，周 坤

(西華師范大學，四川 南充 637000)

0 引言

人工智能的計算機離線編程系統開發是現階段計算機學科中的一種綜合性應用，其涉及的人工智能指的是用于模擬和延伸人智能的理論、方法、技術和應用的統稱，是現代化社會發展中新興的先進技術。在實際應用中，人工智能是一種與人類智能相近并作出相應反應的智能化機器，其在機器人、語言識別和圖像識別、專家系統等領域具有重要應用價值。

1 人工智能的計算機離線編程系統開發現狀

在大數據時代，計算機技術得到了高速的發展。在此背景下，人工智能機器人離線編程系統的研究雖然有了較大的進展和成果，在現代工業發展中可以滿足基本需求，但在實用性上還存在較大的問題，如機器人離線編程人機交互接口以及操作的便捷性還有待提高，不能完全滿足人性化語言信息的實際應用需求。在運用D-H方法時，多數情況都需要基于運動學逆解最優解評價函數進行優化計算，同時需要開放很多接口以實現用戶對關鍵模塊選擇最優解。這種方法在實用性方面存在很大的限制性，無法保障人工智能的計算機離線編程系統發揮應有作用和功能，這就要求加強對人工智能的計算機離線編程系統的創新開發設計，充分節省工業機器人的制造時間，實現在虛擬環境中合理規劃機器人的工作環境，進一步改善編譯工作環境，提高應用實效性[1]。在最近幾年的發展進程中，我國人工智能的計算機離線編程系統開始注重面向虛擬技術的計算機作業任務編程，即建立計算機離線編程系統傳感器與控制系統之間的有效反饋、建設離線編程虛擬系統整體實施動態的描述功能等。目前我國對人工智能的計算機離線編程系統開發研究工作已經形成了一定的規模，在智能化和自動化發展趨勢逐漸加強的情況下，我國必須結合實際的發展模式，對人工智能的計算機離線編程系統開發設計綜合考慮建設環境以及應用需求，開展具有持續性的科學化管理，推動人工智能技術和離線編程系統的開發應用進一步發展。

2 人工智能的計算機離線編程系統開發設計

結合國內外的開發設計和系統應用實踐來看，對計算機離線編程系統進行開發，要科學設計離線編程仿真系統，再通過仿真系統的功能確定和結構設計為離線編程系統的設計提供參考。

2.1 系統功能分析

開發離線編程仿真系統應對其具體的實現功能進行分析和確定，從而保障具體開發有目的性。當前離線編程仿系統的主要功能包含9個方面。

(1)實現三維幾何構形。這是離線編程仿真系統的關鍵功能，幾何構形會對整個機器人的運行產生較大影響，決定機器人的實際應用水平。在分析實現三維幾何構形的過程中，在不同的部位需采用不同的方法。如對機器人的基本體實現三維幾何構形時，可以采用掃描法和局部變形法、集合運算等方法，而在實現機器人的總體三維幾何構形時，則要采用體素構造和分級裝配等方法，能夠在很大程度上保障機器人制造后的良好運行。

(2)運動動態仿真和動畫技術。在離線編程仿真系統中實現這一功能，要對機器人的總體功能進行預先分析，提高機器人的綜合利用效果及效率。

(3)通信及后置處理功能。實現機器人的通信功能可以采用兩種方式：①利用翻譯離線編程語言，將語言翻譯成為可接受和可執行的命令。②通過輸入相關數據實現通信，相比于前一種，這種通信方式更加準確。通信和后置處理功能的實現所應用的傳送方式主要有接口總線和磁盤兩種，可以實現機器人高精度的語言通信[2]。

(4)機器人作業總體布局。在離線編程仿真系統中，對機器人作業總體布局功能是非常重要的，可以保障機器人作業的自動化和智能化。該功能實現的方法途徑有兩種，一是直接搜索，二是啟發式搜索。

(5)碰撞和路徑優化功能。在機器人的具體工作中，工作路徑的選擇是確保從事工作高效化的基礎，因此在人工智能技術支持下，必須促使離線編程仿真系統具有優化工作路徑的功能。同時還要設計機器人的防碰撞功能。因此在具體的優化設計中，要對機器人的冗余度進行有效調控，促使機器人具備自動回避碰撞和障礙物的智能功能。

(6)協調運動的自動規劃。這一功能主要是為了充分保障機器人的工作水平，在開展相應具體的工作任務時，可以保障工件和重力矢量在工作中維持一定的關系，提高運動的協調性。

(7)力控制系統仿真功能。模擬和延伸人類的工作行為，提高工藝開展的效率和質量。

(8)自動調度功能。通過相應的程序軟件實現機器人運動的自動調節，在人工智能的專家系統支持下，進行適當的處理工作，提高智能化水平。

(9)誤差和公差的自動評估功能。

這9個功能是人工智能的計算機離線編程系統開發中必備的重要組成部分，通過借鑒和參考離線編程仿真系統的功能實現，在一定程度上能夠保證系統功能的全面性和完整性，充分體現機器人的應用價值和實用性。

2.2 系統結構設計及確定

從人工智能計算機離線編程系統的功能分析中，可以發現其實現要依靠系統的具體結構，因此必須要合理設計系統結構。根據離線編程仿真系統所具備的9個功能，要確定7個系統結構，主要包含：用于語言翻譯以及轉換的語言處理模塊、實現動態仿真的運動學和規劃模塊、作用于構形的三維構形模塊、與運動學及規劃模塊聯合應用的運動仿真模塊、實現通信傳輸和后置處理的通信模塊、起到控制作用的主控模塊、發揮機器人具體價值的傳感器仿真模塊等[3]。其中運動學及規劃模塊主要是通過開放式機器人異構拓撲算法和高效機器人多軸插補算法等，對其運動軌跡進行正逆求解，保障多軸協同運動的有效實現。語言處理和通信模塊可以直接面對用戶，進一步加強人機交互。傳感器仿真模塊一般在實際生產過程中，采用人工一次編寫反邏輯方法，能夠保證機器人按照仿真軌跡開展運動。這7大模塊結構的設計，能夠提高人工智能的離線編程系統的實用性和便捷性。同時在人工智能的計算機離線編程系統結構確定和設計時，也可以分割機器人的三維模型STL文件，并在每一個模塊中添加其特有的關節運動屬性和裝配約束屬性。利用人工智能的三維虛擬現實技術展示虛擬設備和工作場景，經過運動學及規劃模塊則能夠實現機器人的運動仿真和軌跡規劃[4]。

3 人工智能的計算機離線編程系統開發后的實現過程

對于人工智能的計算機離線編程系統的功能及結構確定和設計，則能夠完成其系統的開發，而對于系統的實現則要經過4個步驟。(1)用戶需要將機器人、工件模型以及其他輔助虛擬模型導入系統中，其能夠自動進行工作程序編寫，然后應用到離線編程系統中；(2)程序自動進行語法檢查，當確定正確程序之后，則要通過算法庫轉化為控制機器人和虛擬設備的相應運動指令以及運動的位置信息等[5]；(3)機器人在得到運動指令和運動位置信息時，能夠通過軌跡規劃模塊實現機器人、虛擬設備的運動學仿真。此時機器人虛擬設備會開展運動碰撞測試、狀態監測等活動；(4)在運動仿真需求得到滿足的條件下，按照系統控制器的類型可以轉化為正確的程序。經過通信接口則能夠將信息傳遞到控制柜，實現對實體機器人作業軌跡的仿真控制。

4 結語

隨著現代工業生產呈現的專業化、機械化以及智能化等特點，加強人工智能技術的應用已是社會向前進步發展的必然需求。人工智能的計算機離線編程系統在現代化生產活動中具有較大的優勢，不僅能夠節省機器人的制造時間，還能夠預先模擬其設備和工作環境，有效改善編譯工作效果。因此在開發人工智能的計算機離線編程系統時，應在開發現狀的基礎上，結合離線編程理論，從功能分析和結構設計等方面，開展完整的系統開發，保障人工智能的計算機離線編程系統發揮實用性，推動現代化人工智能技術的持續發展。