智能機器人及其控制技術研究①

劉玉玲

摘 ? 要：隨著現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，智能機器人控制技術得以不斷發(fā)展成熟，并在諸多行業(yè)領域得到推廣。作為20世紀以來的重要發(fā)明之一，智能機器人在諸多方面改變了社會大眾的生活?；诖耍疚氖紫汝U述了智能機器人及其關鍵技術，然后探討了智能機器人的控制技術，以期為智能機器人在生產(chǎn)生活中實際應用提供一些啟示。

關鍵詞：智能機器人 ?關鍵技術 ?控制技術

中圖分類號：TP242.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0072-02

歐美、日本等發(fā)達國家率先展開了對智能機器人的研究開發(fā)，而我國受限于科技水平，發(fā)展起步時間相對較晚。即便我國不斷加大了對智能機器人的研發(fā)力度，并收獲了一定的科研成果，然而相較于一些發(fā)達國家依舊存在不小的差距。特別是在控制系統(tǒng)設計方面，我國還有待進一步開展深入研究。近些年，我國在智能機器人領域展開了更為全面廣泛的研究，智能機器人也在我國眾多行業(yè)領域得到推廣，為社會大眾生產(chǎn)生活創(chuàng)造了極大的便利。所以，對智能機器人及其控制技術進行探索研究，有著十分重要的現(xiàn)實意義。

1 ?智能機器人及其技術

1.1 智能機器人

智能機器人由種類繁多的內(nèi)部信息傳感器、外部信息傳感器組成，涉及視覺、聽覺、嗅覺、觸覺等，不僅包括感受器，也包括效應器，以此實現(xiàn)對周圍環(huán)境的作用。由此可將其稱作自整步電動機，它們可實現(xiàn)手、足、觸角等的有效聯(lián)動。由此也表明，智能機器人同時兼具感覺、思考、反應等要素。智能機器人可理解人類語言，運用人類語言與操作者對話，在其自身“意識”中獨立營造一種使自身實現(xiàn)“生產(chǎn)”的外界環(huán)境，也就是實際情況的詳盡模式[1]。智能機器人還可分析面臨的情況，可運用自身的動作以滿足操作者所提出的多元需求，并可預先擬定相關動作，在信息有限的情況下及環(huán)境迅速轉變的情況下完成該部分動作。

1.2 智能機器人關鍵技術

在社會環(huán)境不斷發(fā)展變化的環(huán)境下，智能機器人技術也處于快速發(fā)展狀態(tài)。各行各業(yè)對智能機器人及其應用都提出了更高的要求。在實際應用中，智能機器人所面對的環(huán)境大多都是難以預估的，因此在智能機器人研發(fā)中需要運用以下關鍵技術來保障智能機器人的應用。其一，多傳感器信息融合。智能機器人設計中涉及的傳感器類型眾多，可以分為內(nèi)部與外部傳感器。其中內(nèi)部傳感器可實現(xiàn)對智能機器人組成部件內(nèi)部狀態(tài)的有效檢測，涉及的傳感器包括有角度傳感器、方位角傳感器、加速度傳感器等;后者則包括力矩傳感器、滑動覺傳感器、認識傳感器等。多傳感器信息融合是近年來頗受關注的研究課題，主要是指綜合不同傳感器所獲取的數(shù)據(jù)，從而獲得更全面、更準確的信息?，F(xiàn)階段，多傳感器信息融合方法包括有神經(jīng)網(wǎng)絡、貝葉斯估計、卡爾曼濾波等。其二，機器人視覺。視覺系統(tǒng)是智能機器人不可或缺的一部分，主要由計算機、攝影設備以及圖像采集設備構成。機器人視覺系統(tǒng)工作過程主要有圖像采集、圖像分析、圖像輸出等，其中圖像特征分析、圖像辨別、圖像分割均為關鍵任務。近幾年來，伴隨著視覺信息處理技術的成熟，視覺信息壓縮濾波特定環(huán)境標志識別、環(huán)境和故障物檢測等。其中，環(huán)境與故障物探測是視覺信息處理中難度最大，最核心的過程。其三，智能控制。智能計算機科研人員研發(fā)了不同形式的機器人智能控制系統(tǒng)，主流的控制方式主要有模糊控制與神經(jīng)網(wǎng)絡控制的結合;神經(jīng)網(wǎng)絡與變結構控制的融合;神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制、智能控制技術的融合等。

2 ?智能機器人的控制技術

智能機器人領域應用的控制技術種類繁多，其中每一項技術均是當前時代的高新技術，主要包括有模糊控制技術、神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術、專家控制技術、分層遞階智能控制技術、集成智能控制技術等，在實際應用中往往對若干種控制技術進行融合應用，以此實現(xiàn)智能機器人的一系列功能?，F(xiàn)就下述幾項典型的智能機器人控制技術進行探討。

2.1 模糊控制技術

模糊控制技術作為智能機器人設計中常用的一項控制技術，輸入量模糊化模塊是其中的一個核心部分，該部分可實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉換功能，在該項控制技術實際運行中，輸入量模糊化模塊需要與知識庫、模糊推理機及輸出量清晰化模塊融合應用，而這些模塊分別可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息存儲、數(shù)據(jù)信息識別及數(shù)據(jù)信息輸出等功能，進而實現(xiàn)智能控制，這一控制過程可稱之為模擬控制。其控制原理主要是：首先由輸入量模糊化模塊將傳輸進入的測量數(shù)據(jù)的精確量轉化為模糊量，然后依托知識庫的協(xié)助，通過模糊推理機推理出相關信息數(shù)據(jù)，最后通過輸出量清晰化模塊將該部分信息數(shù)據(jù)轉化為執(zhí)行機構可接收的控制量，進一步實現(xiàn)對智能機器人的智能控制[2]。

2.2 專家控制技術

專家控制技術作為專家控制的升級控制技術，是專家系統(tǒng)技術手段與傳統(tǒng)控制技術的有機融合，該項控制技術同樣是智能機器人領域中常用的控制技術之一。專家控制技術的實現(xiàn)以專家系統(tǒng)知識及規(guī)劃為重要前提，可使被控系統(tǒng)得到充分優(yōu)化，因而在智能機器人領域得到了廣泛推廣。專家控制技術主要包括專家系統(tǒng)、數(shù)值算法兩大系統(tǒng)模塊，這兩部分又包括一些子系統(tǒng)、子模塊，其中專家系統(tǒng)包括知識庫、推理機等系統(tǒng)模塊，數(shù)值算法包括控制算法、監(jiān)控算法及辨識算法等傳統(tǒng)算法[3]。專家控制技術的應用優(yōu)勢主要表現(xiàn)為可實現(xiàn)對被控系統(tǒng)的有效監(jiān)測，并在知識庫的協(xié)助下，通過推理機挑選適用的控制算法獲取控制數(shù)據(jù)傳輸至被控系統(tǒng)的執(zhí)行機構，進一步實現(xiàn)對智能機器人的智能控制。

2.3 分層控制技術

分層控制技術，即為分層遞階智能控制技術，是智能機器人領域的優(yōu)化智能控制技術，該項控制技術以“三元論”理論為重要前提，并以此實現(xiàn)對智能機器人的控制。分層控制系統(tǒng)組成部分較為復雜，包括組織級、協(xié)調(diào)級、執(zhí)行級三級，各級可實現(xiàn)不同的功能作用。其中，組織級可實現(xiàn)決策及規(guī)劃任務的功能作用，可依照實際應用需求做出相關的任務決策，并將其劃分成子任務組合，將它們傳輸至協(xié)調(diào)級。然后通過協(xié)調(diào)級開展任務執(zhí)行規(guī)劃，這一環(huán)節(jié)以人工智能為核心，可作用于將任務命令又一次劃分成若干細化的步驟，諸如基本動作、對象等，接著對執(zhí)行的任務開展識別，對各步驟、不同對象挑選適用的控制方法，并接收組織級提供的相關反饋信息，進一步通過執(zhí)行級執(zhí)行任務命令，完成各項操作[4]。該項控制技術不僅智能機器人領域的常用控制技術，還是可實現(xiàn)多種不同功能的重要技術，在智能機器人領域得到了廣泛推廣。

3 ?結語

綜上所述，伴隨控制技術的不斷發(fā)展成熟，其在智能機器人領域的應用得以不斷加深。即便現(xiàn)階段我國在智能機器人領域的涉及還不足夠深入，但隨著我國廣大研究人員不斷圍繞如何更有效研發(fā)應用智能機器人控制技術開展探索、研究，勢必可推動我國智能機器人的控制技術、自動化生產(chǎn)、服務技術等邁入全新的階段。

參考文獻

[1] 王秀俊，葛運建，肖波，等.人工智能在機器人力控制系統(tǒng)中的應用研究[J].華中科技大學學報：自然科學版， 2004，32（S1）：76-78.

[2] 項清華.智能機器人控制技術特點及其在生活中的應用[J]. 電腦迷，2017，12（4）：144-145.

[3] 郭慶豐.機器人及其控制技術[J].科技創(chuàng)新導報， 2018，15（7）：180，182.

[4] 吳姝源.智能控制及移動機器人研究進展[J].信息與電腦：理論版，2018，402（8）：132-134.