基于工业机器人的智能化运动控制模式分析

摘要：随着我国科学技术的快速发展，工业机器人作为新型检测科技水平的标志之一，出现在大众的视野中。机器人技术，是一门集计算机学、信息与传感技术、仿生学等人工智能学科为一体的综合性学科，在促进社会工业化生产和提高产业自动化方面，做出了不可磨灭的贡献。与此同时，工业机器人的出现，也极大提高了居民生活水平，为人们的生活带来巨大的便利。本文通过对工业机器人智能化运动控制模式的分析，旨在能够更为深入的了解和掌握这门技术，使其能够发挥出真正的作用与价值。

关键词：智能化运动;控制模式;工业机器人

中图分类号：TP3 文献标识码：A

文章编号：1009- 3044（2020）09-0179-02

进入二十一世纪以后，我国科学技术的发展日新月异。工业机器人作为一项重要的研究成果，不仅是我国生产力水平证明的标志之一，同时也极大提高了社会生产力的发展。一方面，工业机器人作为新兴科技，不仅有国家政策的大力支持，同时也具有带动企业发展，提高企业效率的作用，就目前情况而言，工业机器人的投入使用在近代工业自动化的过程中已经成为一种必然的趋势。另～方面，工业机器人作为智能化产物，能够通过对人的思维和行为的模仿，来进行相关任务和工作需要，在未来的发展趋势中，机器人势必会具有更为人性化的需求与功能，从而达到解放人类双手的目的。机器人在日常使用中，不仅仅是满足简单机械化的劳动，同时也能够通过一定的程序操作来满足智能化的要求，例如在扫地机器人中的感应装置，电梯扶梯中的红外线与重力感应，甚至是手机中的智能语言对话，都是智能化的表现和应用。因此，解决机器人动作设定和思维模式的关键之处在于对智能控制系统的优化与更新。通过对机器人智能控制系统的优化，提高机器人的工作能力与感应敏感程度，符合人类对机器人构造的基本设想，从而达到机器人与环境相适应的要求，为人类生活提供便利。

在目前我国制造业的转型目标最为主要的三个方面分别是机器人技术、人工智能技术以及数字化技术。其中，人工智能作为转型目标，是三个技术中最为主要的，同时也是最为复杂的，而机器人技术则是发展中的硬件必须。因此，对机器人的智能化控制成为当前研究与讨论的热点。一方面，人工智能虽然是近年来才被提出，但是发展速度较快，并且有先进的经验借鉴，在未来应用中，具有更广阔的前景和应用领域。另一方面，智能制造作为新时代科技发展的必然趋势，已经具备基本的智能操作系统。目前，我国应用智能控制机器人的高端产业就有很多。首先是焊接机器人在智能制造领域的崭露头角。焊接工艺作为一项传统的工业中不可缺少工艺，较多应用于钢铁行业。焊接机器人的出现，不仅能够很好的解决焊接工艺对人体造成的危害和对眼睛的伤害，同时也能够减少焊接误差，能够做到人类肉眼看不到的焊接細缝，从而提高焊接工艺的精确程度和耐用牢固程度。

其次是搬运机器人。在物流行业中使用最多，作用最大的新型工业产物。将智能机器人适用于物流工业中，不仅能够有效的代替传统费力的劳动力，改变传送带时代运输环境问题，同时也能够极大减少了人工工作时间，从而提高工作效率，促进区域经济的发展。一方面，搬运机器人相比较于传统的搬运方式来说，大大提高了搬运速度，在高度与负重方面，也有很大进步。我国现在承重量最大的机器人能够承重一千三百千克，完成垂直五米以内的各种运动工作。另一方面搬运机器人能够实现六个自由度，将误差减少至一毫米之间。但就目前而言，由于我国关于这方面的科技开发较晚，发展速度仍然落后于其他国家。

最后是智能机器人在钢铁领域的应用。在钢铁领域最常用到的是自动拆捆机器人，自动取样机器人，自动贴标签机器人，三个机器人。由于钢铁行业多使用冷轧生产工艺，所以在操作过程中，需要三个类型的机器人完成不同阶段的工作。一方面，不仅能够有效减少传统工作时间，提高工作效率。另一方面，人工干预的减少也降低了意外事故和劳动力成本。可以促进产业其他方面的发展，从而推动经济的发展和提高。

因此，相比较于传统制造工业中效率低，安全性能低等特点，智能机器人的投入和使用，是智能时代的必然趋势，也是现代各行各业寻求经济转型的重要手段和途径。就目前发展形势而言，智能机器人的开发和利用仍然有较大的发展空间，在推动社会生产力发展的同时，还需要让机器人能够很好地融人现实世界，为人类提供更为便利的帮助。这就需要我们在经济发展的同时，加大对人工智能发展的投入和研究，提高对人工智能控制系统的优化和更新，因此，需要我们对当前人工智能运动控制模式有一定的了解。

1 工业机器人智能化运动控制系统结构

工业机器人的组成总共分为三个部分，即主体，驱动系统和控制系统。主体就是我们所看到的机器人本身，由于具有模仿人的特性，因此机器人的主体包括手部，腕部，臂部三个部位。在不同的部位，拥有不同的自由度，即独立运动的参数。例如，在手部拥有四到七个自由度，腕部有二到三个自由度，臂部则有四到五个自由度。这些自由度的装置，主要是为机器人规定位置的坐标数目，以保证机器人在每个动作之间都保持相同的跑频率和距离。

其次是在驱动系统，驱动系统主要包括传动装置与动力结构。如果主体作为硬核，那么驱动系统就是主体的发动机。其中传动装置可以说是机器人的牵引力与拉力的装置，而动力结构则是对机器人的驱动，促使机器人按照固定的轨迹完成动作，并保证动作的持续性与重复性。

最后是工业机器人最为核心的控制系统。控制系统作为工业机器人的中枢系统，内部装置较为复杂，总共分为五个部分。第一是对机器人本身自由度的坐标点和运动轨迹的控制。不同的坐标与轨迹能够控制机器人的手足状态，从而支撑机器人完成机械动作。第二是对机器人自由度之间的相互协调配合的设置，由于机器人受自由度数量的限制，因此，形成多变量的控制系统就显得尤为重要。第三是通过对机器人下定义，即命令格式，保证机器人的正常工作和安排相应的其他工作内容，主要目的是通过一定的代码形式，让机器人能够有自己本身的分辨能力，从而更好地完成任务。第四由于机器人的运动状态的描述是非线性数学模型，因此，在外力环境与机器人本身状态的不断变化中，机器人本身参数设置也会随之发生改变，所以，仅仅使用位置闭环的方式往往是无法达成目的的，同时，我们应该选择加速度或者速度闭环，来解决机器人参数变化幅度问题。第五是机器人控制系统的最优化。一方面，在现行的机器人之中，能够对工业发展产生较大的帮助，但由于技术发展程度的有限性，机器人使用范围仍然较为狭窄，基于此，扩大机器人的使用范围和提高现有工业机器人的工作效率成为当前对工业机器人控制系统优化的主要目标。另一方面，机器人的发明和使用，不仅仅满足于简单的工业制造行业，智能机器人的使用是为了以解放人类双手为目标而实现的，因此，在机器人控制系统中，需要植入具有人的思维模式的新型控制模式，以便于机器人能够更好地感受人类复杂的情感和思想，从而能够更好地融人社会生活，为人类发展提供便利。

2 工业机器人智能化运动控制方式

工业机器人智能化运动控制方式由四个方面展开。在此之前，我们需要了解到工业机器人智能化控制系统的特点，根据不同的特点来更好的区别控制方式。

首先，机器人的运动都是以相对应的坐标点来完成，因此，为了保证机器人在工作中的平稳运行，首先需要对机器人进行准确的坐标设置，同时，由于机器人在任务过程中，需要不停变换，因此，在坐标点的选择和确定上，都需要进行适当的变换。与工业机器人坐标特点相对应的控制方式是点位控制方式，通过对机器人的坐标定位，进一步对工业机器人姿势进行控制，从而完成机器人促使机器人能够快速准确地完成固定点的任务。

其次是工业机器人需要自由度。自由度是工业机器人完成不同的任务，在进行连续操作时，对连续动作的设定。以此来完成全部动作任务。而相对应的控制方式是对工业机器人连续轨迹的控制。连续轨迹的控制是在机器人位置坐标确定后的控制方式，通过对机器人末端执行器进行一种姿势变换的连续控制行为。通过该方式能够使机器人连续不间断的完成相关任务，相比于点式控制方式，连续控制方式能够更好地保证机器人在操作过程中的准确与平稳。

最后，机器人有可以通过计算机等多种方式来进行控制的特点。一方面，机器人虽然具有人的外形特征，但是在思维方式和语言交流上仍有欠缺，因此，在控制機器人时，同样需要输入机器人能够读懂的语言.即代码方程，以此可以控制机器人的行为动作。另一方面，由于机器人适应范围的不断增加和现代科技的不断发展，我国现有机器人已经能够识别准确的人类语言，以直接的语言沟通方式来完成对机器人指令的操作，从而完成相关任务。但在目前，由于我国人文地理较为复杂，机器人的识别能力有限，因此，在未来的发展中，需要提高机器人的智能识别能力，同时增加机器人的资源储备，以便于更好地服务于人类社会。

3 结论

综上所述，在机器人相关技术快速稳定发展的趋势下，我国机器人在工业领域中的应用规模逐渐扩大，在机械加工领域的应用也越来越广泛，同时，应用前景也更加广阔。并且作为先进制造技术的典型代表，工业机器人是机械加工自动化发展的主要方向。在国内外相关研究进步的趋势下，工业机器人将会朝向高精确度与智能化方向快速发展，以此更好地适应产业发展需要。

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【通联编辑：张薇】

作者简介：周晴（1978-），女，江苏武选人，硕士，讲师，主要研究方向：自动化控制、信号与系统分析。