试分析工业机器人的仿人智能控制要点

王海荣

摘 要 采用仿人智能控制工业机器人，能有效满足机器人耦合、思辨和非线性的特征要求。仿人智能控制利用的是基于特征模型的多模态控制，可以根据系统的实际特征状况来选择相应的控制，从而让各种状态能够实现最优，进一步在整体层面上让系统的精确性、稳定性和快速性指标得到有效满足。本文主要就对工业机器人的仿人智能控制要点进行了简单的分析。

关键字 工业机器人 仿人智能控制 要点

中图分类号：TP273.5 文献标识码：A

工业机器人系统的主要特点就是非线性、强耦合、时变以及多变量，如果采用传统PID控制将不能在高精度和高速的要求下实现预期的效果。为了能够让工业机器人在实际运转过程中精确性、稳定性以及快速性能得到有效提升，需要加强研究，找出一些更加智能和更加先进的控制算法。而仿人智能控制是基于特征模型的多模态控制策略，能有效兼顾和优化工业机器人精确性、稳定性以及快速性方面的性能指标。

1工业机器人仿人智能控制系统的分析

每个控制系统都需要在整体层面上兼顾其精确性、稳定性和快速性，但是在实际的状态下，这几方面的性能指标要求也会存在一定的差异。仿人智能控制就是根据系统当前的实际状态来采取相应的控制率，最终实现控制的目的。实际的控制过程和人类知觉推理中的“认识、判断、操作”过程比较相似，所以被称为仿人智能控制。

在仿人智能控制的各个实际状态下，因为是根据实际状态下的性能要求指标来确定控制率，所以能有效实现各个实际状态下的性能要求指标，最终从整体层面上来实现兼顾和优化控制系统的精确性、稳定性和快速性。在设计仿人智能控制器的过程中，为了能够更好的体现出兼顾系统的精确性、稳定性和快速性，仿人智能控制器采用特征轨迹来作为控制系统的瞬态性能指标。

在仿人智能控制中，特征模型其实是对控制系统动态信息空间的一种划分，而特征状态就是划分出来的每一个区域;特征模型其实就可以看成是全部特征状态的集合。特征辨识则是对当前系统处在的特征状态进行确认的过程。通过这些基本概念就可以清楚仿人智能控制的实际运行过程：首先需要划分系统的动态信息空间，从而获得系统特征模型，利用特征辨识来了解当前系统处在的实际状态，然后根据实际的状态来采取控制模态，最终实现基于特征模型的多模态控制。在工业机器人的控制应用仿人智能控制，就能得到工业机器人的仿人智能控制系统，系统的框架简图如下所示。

2工业机器人的仿人智能控制要点分析

（1）特征模型。根据工业机器人的实际特征，在误差-误差导数平面中划分系统动态信息空间，从而获得不同的特征状态，进一步就能得到系统的特征模型。根据模型中的实际特征状态，采用相应的控制模态来对仿人智能控制器进行设计。仿人智能控制的特征模型如下图所示。

图中区域1-7分别对应了特征模型中的不同特征状态，而特征状态2又详细分成了几种子状态;是理想误差时的特征轨迹，也就是仿人智能控制器设计中的瞬态性能指标。如果某控制策略设计比较好的话，在偏差比较大的区域中，就需要采用很强的比例作用或者输出极值，这样才能让偏差得到有效的控制;而如果偏差的变化率比较大，则应该要采用很强的微分作用，另外也可以采用基于偏差变化率的磅-磅控制，这样可以让超调得到有效降低;如果偏差以及偏差的变化率不大，就可以在比例作用下降相轨迹向相平面图中的纵坐标轴靠近，在微分的作用下让相轨迹向相平面图中的横坐标轴靠近。通过这样的策略就可以设计出仿人智能控制在各个特征状态下的控制模态。

（2）校正参数。仿人智能控制的参数校正包括对阈值参数和控制器参数的校正。首先校正阈值参数，在校正阈值参数时是通过分析边界情况下的特征轨迹，来确定是否需要采取相应的规则以及何时采用相应的规则来调整初始阈值参数。通过分析可知，区域1、2、6、7的主要作用是让偏差快速见效，而区域3、4、5的作用则主要是对偏差的变化率进行有效抑制，避免出现很大的反向偏差。所以在校正阈值参数之前，要先对各个区域进行有效的处理：在区域1、2、6、7中根据偏差的正负情况采用磅-磅的控制，而区域3、4、5则根据偏差的变化率的正负情况采用磅-磅的控制。在经过这样的处理后，就能够在没有校正各个分期控制器参数的情况实现各个分区的基本功能，让控制能够正常的运行，这样才能通过对特征轨迹走向的判断来对阈值参数进行校正。其次是校正控制器参数，控制器参数的校正和阈值参数的校正相似，都是根据特征轨迹的走向来对参数的调节规则进行设计。在校正控制器参数前，应该将全部参数初始化为一个比较小的值，而且还应该要在特征模型中定义出一定数量的期望特征区域。

（3）仿人智能控制的稳定性分析。对智能控制稳定性进行研究分析时应该要从系统不稳定趋势监控的角度出发。通过动态系统输出的稳定性等价原则，对于仿人智能控制系统来讲，如果在输出信息空间中，具有和稳定线性定常系统一致的稳定特征，这个系统就可以看成是稳定的;如果不具有和稳定线性定常系统一致的稳定特征，那么该系统就可能出现了不稳定的趋势，在这种情况下就需要根据出现的不稳定趋势来调整设计控制器。

要对控制系统的稳定性进行分析就需要分析在线运行仿人智能控制器的过程中，稳态段特征轨迹的走向。在控制器自身状况不完善或者外部环境出现改变的情况下，稳态段的特征轨迹会离开特征状态6，如果相轨迹离开区域6的次数较少，而且离开之后能够在设定的较短时间内再次进入到该区域中，就可以认为该系统是稳定的，否则该系统就不稳定。

3结语

随着社会科学技术的不断进步和发展，对工业机器人的精度和速度要求也更高，要想在这种情况实现预期的控制效果，就需要对传统控制方式进行改进，而仿人智能控制就能在有效实现预期控制效果的基础上，同时兼顾和优化系统的精确性、稳定性和快速性。对于工业机器人的仿人智能控制来讲，应该要通过对阈值参数和控制器参数的校正，加强稳定性的分析来保证仿人智能控制能稳定有效的运行。

参考文献

[1] 康博.工业机器人轨迹跟踪控制算法研究[D].华南理工大学，2012.

[2] 陈情.多轴联动系统的仿人智能控制研究[D].重庆大学，2012.

[3] 王华振.仿人机器人嵌入式运动控制器设计与研究[D].长春工业大学，2014.