智能机器人运动控制技术探讨

孙应芳

（济源职业技术学院，河南济源，459000）

0 引言

进入新世纪，我国人工智能技术、机器人制造技术等发展迅猛，智能机器人的应用日益广泛。智能机器人具有功能多、效率高、多自由度操作、能够代替人类完成危险系数高的工作等优点，在医疗领域、工业领域等的应用越来越普遍。运动控制技术涉及到众多学科知识，是智能机器人的关键技术，非常复杂。智能机器人的运动控制需要对离心力、重力、摩擦力等综合作用进行考虑，通过对运动控制模型的构建，确保智能机器人运动控制水平，为智能机器人的 应用提供保障。

1 智能机器人运动控制技术概述

智能机器人是基于对人的运动控制原理的模仿，使智能化工业生产得到实现的设备。智能机器人的运动控制系统控制机器设备，执行工业作业。智能机器人的核心是运动控制系统。智能机器人的运动控制由包括硬件与软件两部分。智能机器人运动控制中执行机构是步进电机、伺服电机；驱动机构步进驱动器、伺服驱动器。智能机器人运动控制器是控制智能机器人运动控制机构。智能机器人的固定参数程序对运动控制器进行触发从而实现对固定动作的控制；传感器、视频输入设备等控制非固定动作。智能机器人借助于运动控制可以实现对机器人手臂运动的控制、机器人运动位置的控制、运动速度的控制等。智能机器人运动控制系统中经常使用的控制系统是PLC 系统，在传统的顺序控制器中引入自动控制、计算机、通讯技术等，从而实现运动控制。智能机器人运动控制中应用PLC 能够使系统抵抗干扰的能力与稳定性等得到提高，使自动化、智能化得到保障。

2 智能机器人运动控制模型

第一，智能机器人关节算法模型。智能机器人的运动控制技术通常对人体的运动方法进行模仿，因此对智能机器人进行设计过程中，要求智能机器人能够和人类一样使重复性生产作业要求得到实现。因此，智能机器人运动控制中通过人关节算法模型的应用，使智能机器人动作的灵活性得到概述。利用对智能机器人关节算法模型的优化使运动控制算法的计算量得到简化，智能机器人的关节算法模型匹配度得到提高，由此，智能机器人能够对动作高效执行，使作业的灵活性得到增强，复杂动作能够准确完成，机器人作业的智能化得到实现。

第二，迭代控制模型。迭代控制模型包括了开环迭代控制模型、闭环迭代控制模型、高阶迭代控制模型、最优迭代控制模型、具有遗忘因子迭代控制模型等多种控制模型。为了使智能机器人的运动控制的收敛性得到满足，要求智能机器人运动控制模型对精度高的矩阵进行寻找。对于运动控制而言，智能机器人要求较高的收敛速度和收敛精度，特别是在非线性的强耦合的环境下，智能机器人进行工作，比如跟踪轨迹等，对迭代收敛精度与速度的要求更高。

第三，完善DNA 控制模型。作为一种新的控制模型，DNA运动控制模型是对放生模拟的前提下，实现了运动控制算法和生物学的融合，借助于把不同的数据信息进行串联杂交，使智能机器人对信息数据进行处理与分析的能力得到提高。DNA 运动控制算法的原理和核酸分子的杂交相类似，利用筛选特定DNA 串联的杂交信息数据，对最优的组合策略进行选择。随着PID 最优增益系数的发展，DNA 运动控制模型的应用越来越广泛，提高了智能机器人运动控制的精度。

3 智能机器人运动控制技术的实现

第一，智能机器人运动控制的硬件实现。智能机器人的运动控制离不开硬件的支持。智能机器人基于实际生产的作业需求，对运动控制硬件系统进行设计，在此基础上优化智能机器人的硬件和操作系统，使智能机器人能够满足生产需求。智能机器人运动控制技术需要和软件系统相结合，为自动化生产提供保障。一般情况下，智能机器人PLC 编码控制器实现了PLC 控制系统，所以要求对I/O 模块与PLC 进行选择，从而建立智能机器人运动控制的智能模块、HMI 等功能模块、网络信息处理模块等。此外，需要基于PLC 系统构建和其相匹配的硬件操作系统，对USB 接口、RS232 接口等硬件连接设备进行选择，为智能机器人的服务提供硬件支持。

第二，智能机器人运动控制的软件实现。智能机器人的运动控制的软件技术包括了伺服器控制、PC 端工控机两个方面的内容。智能机器人运动控制软件系统PC 端的核心模块使用的是具有较高稳定性的芯片组、外部存储接口处理器，从而为智能机器人运动控制的有效操作提供了保障。智能机器人在作业过程中，借助于通信模块之间的协议通信对智能机器人的运动信息进行采集，基于智能机器人运动实际情况对信号指令进行发送，从而能够实时的监控智能机器人的活动位置、活动方向、活动速度等。智能机器人数字信息网络通信，通常通过PLC 协议对智能机器人各个部分的调度信息交换进行控制，利用C 语言对指令程序进行编写，有助于智能机器人运动控制系统的迁移与扩展。在设计智能机器人运动控制软件的用户界面过程中，借助于QMain Windows 类图形模块对软件用户整体的操作界面的框架进行构建，由此智能机器人运动控制系统的各个软件模块数据信息的交互得到最大程度的实现。首先，利用智能机器人运动控制系统的上下机通讯模块的建立和运转，对于智能机器人的活动关节、操作杆等部分的编码器的函数值进行获取，同时在智能机器人运动控制器内卡内存储运动控制的信号命令；其次，通过信息编辑处理器分析智能机器人运动控制卡解析出来的信号指令，信息编辑处理模块管理并检测代码，基于智能机器人操作臂的末端态势、停留角度等，利用智能机器人运动学正解和逆解运算对智能机器人运动控制软件部分进行验证，使智能机器人的多自由度运动轨迹的规划得到实现；再次，智能机器人运动控制人机交互软件实现可以实现的目的包括，一是实现显示作用。用户能够对数据的输入、数据的更新动态等进行查看，从而方便了操作，使智能机器人的工作效率得到提高；二是实现管理作用。对智能机器人运动控制的主要参数进行设定，使智能机器人的操作能够满足生产要求。

第三，智能机器人运动控制的程序实现。智能机器人运动控制程序通常包括流程程序、指令程序、顺序程序、应用程序等。智能机器人运动控制的实现需要和实际应用的领域相结合，对应用程序进行设计。对智能机器人运动控制PLC 程序进行编制过程中，涉及到的内容有表格、SFC、顺序图形图、算法交互等，基于不同功能、模块等对合适的编程方法进行选择。智能机器人运动控制程序编制可以对自动与手动不同的控制模式进行设置，从而使用户的不同需求得到满足。对手动控制模式进行设置过程中，程序设计的重点是智能机器人系统调整、程序编写；对自动控制模式进行设置过程中，智能机器人基于PLC 指令对相应运转程序进行选择。智能机器人运动控制程序确保了智能机器人运动控制的实现。

4 结束语

随着信息技术、人工智能技术、机器人制造技术等的发展，智能机器人凭借效率高、功能多、代替人类从事危险行业等优势得到了广泛的应用。运动控制技术是智能机器人的核心技术。智能机器人的运动控制系统控制机器设备，执行并准确完成作业。因此，需要加强对智能机器人运动控制技术的深入研究，为智能机器人行业的可持续发展提供保障。