机器人控制技术论文(二)
智能控制在机器人技术中的应用
摘要:随着科学技术的进步，机器人的智能从无到有，从低级到高级。随着计算机技术、网络技术、人工智能、新材料和MEMS技术的发展，智能化、网络化和小型化的发展趋势凸显。本文主要讨论智能控制在机器人技术中的应用。
关键词:智能控制机器人技术
1，简介
工业机器人是一个复杂的非线性、强耦合、多变量的动态系统，其运行往往具有不确定性。然而，利用现有机器人动力学模型的先验知识往往难以建立其精确的数学模型。即使建立了模型，也非常复杂，计算量大，无法满足机器人实时控制的要求。智能控制的出现为解决机器人控制中的一些问题提供了新的途径。由于智能控制具有全局优化、独立于对象模型、自学习、自适应的特点，在解决机器人等复杂控制问题时能取得良好的效果。
2.智能机器人概述
提到智能机器人，很容易想到人工智能。人工智能有三个不同的学派:生物模拟学派、心理学学派和行为主义学派。在20世纪50年代中期，行为主义学派一直占主导地位。行为主义学者认为人类的大部分知识无法用数学方法精确描述，提出了符号推理系统，即专家系统，在计算机上用符号来表达知识。专家系统使用规则或语义网来表示知识规则。但是人类的一些知识是无法用明确的规则描述的，所以专家系统一度陷入困境。近年来，神经网络技术取得了一些突破，使得生物模拟学派活跃起来。智能机器人是人工智能研究的载体，但两者有很大的区别。比如对于智能装配机器人，要求通过视觉系统获取图纸上的装配信息，通过分析找到并找到需要的工件，按照正确的装配顺序将工件一个个装配起来。因此，智能机器人需要具备知识表达和获取技术，并为装配制定计划。同时，在寻找和寻找工件时，需要使用模式识别技术在模式上找到工件。装配是一个复杂的过程，可能需要采用力和位置的混合控制技术，也可能需要为机器人本体配备柔性手腕来完成任务，这又是一个力学问题。智能机器人涉及面广，技术要求高。它是高科技的综合体。那么，什么是智能机器人呢？到目前为止，国际上仍然没有对智能机器人的统一定义。一般认为，智能机器人是一种具有感知、思维和动作的机器。所谓感知，是指发现、识别和描述外界环境和自身状态的能力。例如，在一个装配操作中，如果它想要找到并识别所需的工件，它需要使用视觉传感器来感知工件。同时，为了接近工件，智能机器人需要知道障碍物，实现在非结构化环境下的避障运动。这些都依赖于智能机器人的感觉系统，也就是各种传感器。所谓思考，就是机器人本身有解决问题的能力。比如，装配机器人可以根据设计要求，为一台复杂的机器找到零件的装配方法和顺序，指挥执行机构，也就是动作部分，把机器装配起来。动作是指机器人有能完成工作的机构和驱动装置。因此，智能机器人是软件和硬件的复杂结合。智能机器人虽然没有统一的定义，但是通过对具体智能机器人的考察，还是有一个感性认识的。
3.智能机器人体系结构。
智能机器人的体系结构主要包括硬件系统和软件系统。
三个方面。由于智能机器人的用途不同，硬件系统的组成也不同。该结构是根据人体原型设计的。该系统主要包括视觉系统、行走机构、机械手、控制系统和人机界面。如图1所示:
2.1视觉系统
智能机器人使用人工视觉系统来模拟人眼。视觉系统可以分为三个部分:图像采集、图像处理和图像理解。视觉传感器是将场景的光信号转换成电信号的装置。早期的智能机器人使用光导照相机作为它们的视觉传感器。近年来，固态视觉传感器，如电荷耦合器件CCD，金属氧化物半导体CMOS器件。与电视摄像机相比，固态视觉传感器体积小、重量轻，因此应用广泛。视觉传感器获得的电信号通过A/D转换成数字信号，即数字图像，单个视觉传感器只能获得平面图像，不能获得深度或距离信息。目前正在研究双目立体视觉或距离传感器来获取三维立体视觉信息。但到目前为止还没有简单实用的装置。对数字图像进行处理以提取特征，然后由图像理解部分识别外部景物。
2.2行走机构
智能机器人的行走机构有轮式、履带式或爬行式和人形两足动物。目前智能机器人大多采用轮式、履带式或爬行式行走机构，实现简单方便。1987年开始出现双足机器人，随后又陆续开发出四足和六足机器人。让机器人像人类一样走路，是科学家一直追求的梦想。
2.3机械手
智能机器人可以借用工业机器人的机械手结构。但手的自由度需要增加，要配备触觉、压力、力度、滑动等传感器，产生柔软、灵活、可靠的动作，完成复杂的操作。
2.4控制系统
智能机器人的多传感器信息融合、运动规划、环境建模和智能推理需要大量的内存和高速、实时的处理能力。冯现在怎么样了？作为智能机器人的控制器，诺曼结构仍有不足。随着光子计算机和并行处理结构的出现，智能机器人的处理能力将会更高。机器人会有更高的钾能量。
2.5人机界面
智能机器人的人机界面包括机器人的说、听和网络连接，麦克风、扬声器、语音合成和识别系统，使机器人能够理解人类的指令，用自然语言与人交流。机器人也需要有网络连接，人可以通过网络和通信技术控制和操作机器和人。
随着智能机器人研究的深入，传感器的使用越来越多，信息融合、规划、问题求解、运动学和动力学计算等单元技术不断完善，使得智能机器人的整体智能能力不断增强，系统结构日趋复杂。智能机器人是一个多CPU的复杂系统，必须分成若干模块或层次结构。在这个结构中，如何分解功能，如何确定时间关系，如何分配空间资源等问题是直接影响整个系统智能能力的关键问题。同时，为了保证智能系统的扩展和便于技术的更新，要求系统的结构是开放的，以保证智能能力的不断增强，新的或更多传感器的进入，以及各种算法的组合，这使得体系结构本身成为一个需要研究和解决的复杂问题。智能机器人的体系结构是定义一个智能机器人系统各部分之间的关系和功能分配，确定一个智能机器人或多个智能机器人系统的信息循环关系和逻辑计算结构。对于一个具体的机器人，可以说是机器人信息处理和控制系统的整体结构，不包括机器人的机械结构。其实任何机器人都有自己的架构。目前，大多数工业机器人的控制系统具有两层结构。上层负责运动学计算和人机交互，下层负责各关节的伺服控制。
参考资料:
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