基于智能控制及移動機器人的應(yīng)用

楊敏

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山東省德州市 253034）

智能控制技術(shù)屬于人類科技文明發(fā)展的成果，也是未來工業(yè)發(fā)展的主要趨勢，近年來在科技快速進步的過程中，智能控制、移動機器人開始應(yīng)用在不同的領(lǐng)域中，受到廣泛重視，也取得了良好的成績，為了更好的應(yīng)用智能控制與移動機器人，應(yīng)結(jié)合實際情況，科學(xué)化的應(yīng)用控制技術(shù)與機器人，為各個領(lǐng)域的智能化控制夯實基礎(chǔ)。

1 智能控制分析

近幾年，計算機技術(shù)作為基礎(chǔ)的新型智能控制方式、技術(shù)，此類智能控制系統(tǒng)中包含著模仿人工控制的相關(guān)系統(tǒng)、進化控制和免疫控制的系統(tǒng)，和人工智能學(xué)科之間互相對比可以發(fā)現(xiàn)，智能控制學(xué)科有著一定的容他性，能夠應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域中，有著一定的應(yīng)用和發(fā)展優(yōu)勢[1]。

2 智能控制的應(yīng)用分析

近年來在智能控制系統(tǒng)實際應(yīng)用的過程中，主要涉及到階梯控制、專家與模糊控制、神經(jīng)控制和學(xué)習(xí)控制等系統(tǒng)，并且還有模擬人類控制、進化與免疫控制的相關(guān)部分，此類系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過程中，能夠為各個領(lǐng)域的控制提供幫助。主要的應(yīng)用領(lǐng)域為：

2.1 機器人領(lǐng)域中的應(yīng)用

近幾年我國機器人技術(shù)快速發(fā)展的過程中，自動化程度有所提升，對機器人提出了更多、更高的功能要求，尤其是在對各類不同職能程度機器人進行研究和開發(fā)的過程中，不僅需要保證機器人的應(yīng)用效果，還應(yīng)該制定完善的規(guī)劃與控制模式。在此期間，就可以應(yīng)用職能控制技術(shù)，按照規(guī)定任務(wù)制定相應(yīng)的運動規(guī)劃，之后利用控制技術(shù)執(zhí)行規(guī)劃的內(nèi)容，完善機器人的具體運動功能、應(yīng)用性能，具有一定的智能控制作用。如圖1 所示，在機器人中應(yīng)用智能控制技術(shù)，應(yīng)結(jié)合具體的技術(shù)特點和實際情況，全面提升系統(tǒng)的運行水平和控制效果[2]。

2.2 工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用

目前我國在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，已經(jīng)開始在軋鋼生產(chǎn)線、化工生產(chǎn)線、煉油生產(chǎn)線等方面采用連續(xù)性的加工生產(chǎn)系統(tǒng)，在整個生產(chǎn)過程中，都需要進行監(jiān)督和控制，確保運行的性能與可靠性。在此期間為確保相關(guān)物理參數(shù)和數(shù)據(jù)信息的精確度，提升產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量，可以在工業(yè)設(shè)備、生產(chǎn)線中應(yīng)用智能化的控制技術(shù)，例如：模糊控制技術(shù)、神經(jīng)控制技術(shù)、智能材料控制技術(shù)、智能化PH 數(shù)值控制技術(shù)、鍋爐階梯性的智能化控制技術(shù)等等，取得了良好的成績。

2.3 故障診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用

通常情況下，故障診斷和相關(guān)的過程中監(jiān)控存在直接的聯(lián)系，在高級性的過程控制系統(tǒng)之內(nèi)，具有一定的故障自動化檢測能力和自主診斷能力，可以確保相關(guān)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性運行。在此過程中為了確保故障診斷的準(zhǔn)確性，可以采用智能控制技術(shù)，例如：IFDD 系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中，就可以按照已經(jīng)觀測的情況、已經(jīng)掌握的知識、具備的經(jīng)驗，明確系統(tǒng)或者是部件是否存在故障、及時性的排除故障問題，可以保證設(shè)備和系統(tǒng)運作的可靠性。在生產(chǎn)過程中應(yīng)用相關(guān)的智能故障診斷技術(shù)和系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確研究與分析不同結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，提供準(zhǔn)確的故障檢測數(shù)據(jù)信息，在不確定性的數(shù)據(jù)信息中獲取到準(zhǔn)確的診斷結(jié)論，在智能化控制系統(tǒng)和技術(shù)的幫助下，提升系統(tǒng)的故障診斷準(zhǔn)確性與合理性，便于更好的應(yīng)對和解決故障問題。

圖1：智能控制在機器人中的應(yīng)用

圖2：結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計

2.4 醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用

上個世紀(jì)七十年代在醫(yī)療領(lǐng)域中就開始應(yīng)用智能專家系統(tǒng)技術(shù)，可以進行手術(shù)期間處于深度麻醉狀態(tài)患者的動脈血壓控制，通過模糊邏輯控制系統(tǒng)進行患者手術(shù)中動脈血壓的智能化控制，同時還能利用智能控制技術(shù)進行麻醉深度的衡量，為醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展做出了一定的貢獻。與此同時，在應(yīng)用智能控制技術(shù)的過程中，還能使用模糊關(guān)系函數(shù)、語言規(guī)則等，為醫(yī)療領(lǐng)域提供更多的支持，提升醫(yī)療領(lǐng)域的智能化控制水平[3]。

3 移動機器人的應(yīng)用分析

移動機器人主要就是智能控制技術(shù)、機器人學(xué)科的交叉研究成果，對于機器人來講，智能控制屬于目前各個領(lǐng)域中重要的應(yīng)用形式，形成了移動機器人設(shè)備，而要想在相關(guān)的控制系統(tǒng)中合理使用移動機器人，就必須要重點構(gòu)建系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，制定完善的路徑規(guī)劃方案和運動控制體系，建設(shè)故障診斷系統(tǒng)，可以取得良好的控制成效。主要的應(yīng)用為：

3.1 合理設(shè)計系統(tǒng)的體系架構(gòu)

在應(yīng)用移動機器人的過程中，應(yīng)著重進行系統(tǒng)體系架構(gòu)的設(shè)計，按照移動機器人的具體應(yīng)用特點和需求，合理建設(shè)分布式控制系統(tǒng)，通過激光雷達平臺、多視覺系統(tǒng)等合理創(chuàng)建相關(guān)的環(huán)境感知器部分，和具有平面掃描功能的激光測距傳感器設(shè)備相互配合實現(xiàn)3D、4D環(huán)境感知的目的，同時還需合理建設(shè)地形高度圖，便于研究與分析障礙、可行的不同區(qū)域。除此之外，還需合理應(yīng)用光纖陀螺儀設(shè)備、傾角儀設(shè)備、里程計設(shè)備等等，將其當(dāng)做是傳感器創(chuàng)建移動機器人的航向控制、導(dǎo)航系統(tǒng)，將多個控制系統(tǒng)集成成為工控機設(shè)備，具備一定的擴展性，并且利用無線網(wǎng)橋完善車載局域網(wǎng)方面、監(jiān)控系統(tǒng)方面的功能，保證系統(tǒng)的良好運行和應(yīng)用。對于其中的分布式控制系統(tǒng)來講，主要是采用Agent 相互之間的協(xié)作形式使得移動機器人能夠在復(fù)雜的環(huán)境中更好的進行感知和導(dǎo)航控制，此類系統(tǒng)中涉及到控制層面、協(xié)調(diào)層面、慎思層面，在多種異構(gòu)Agent 的支持下完善控制功能，有助于提升控制效果。如圖2 所示，在構(gòu)建相關(guān)結(jié)構(gòu)框架的過程中，應(yīng)按照移動機器人的具體運行特點和原理，合理的完善框架部分，保證系統(tǒng)的高效化、良好性運行[4]。

3.2 制定完善的規(guī)劃方案

對于移動機器人來講，在具體規(guī)劃的過程中，重點在于環(huán)境建模和路徑規(guī)劃，通過一系列的方式來提升系統(tǒng)和設(shè)備的應(yīng)用效果，充分發(fā)揮先進智能技術(shù)和控制技術(shù)的作用優(yōu)勢。

（1）環(huán)境建模和定位處理。目前已經(jīng)有專家在研究的過程中重點分析了位置環(huán)境中進行運動機器人環(huán)境建模的方式，對比了不同環(huán)境模型的優(yōu)點和不足，明確在有關(guān)環(huán)境建模中存有的問題，能夠為環(huán)境建模提供一定的參考依據(jù)。從實際情況而言，機器人視覺屬于在位置環(huán)境領(lǐng)域之內(nèi)移動機器人有效獲得環(huán)境信息的措施，能夠為環(huán)境建模提供良好的支持，在此情況下，可以通過將尺長度空間理論作為基礎(chǔ)的Harris 的角點檢測技術(shù)方式進行處理，不僅不會受到光照因素、攝像機角度變化因素的影響，還可以更好的進行多尺度狀態(tài)的特征點檢測分析，能夠更好的完善機器人視覺，適合應(yīng)用在環(huán)境建模中。

（2）重點進行路徑規(guī)劃。將有關(guān)的職能控制、免疫原理、進化算法等互相整合，可以形成具有免疫克隆機制同時帶有粒群智能部分的移動機器人規(guī)劃措施，快速、良好的規(guī)劃能夠和全局優(yōu)化需求相符的可行性路徑，此類規(guī)劃方式在應(yīng)用的過程中，可以針對粒群行為操作的數(shù)據(jù)信息進行調(diào)整，從多個路徑靈活性、多元化的進行規(guī)劃。例如：在規(guī)劃的過程中，使用RBF 網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等進行光纖陀螺飄逸誤差的分析，將Elitist 競爭機制作為主要載體進行遺傳進化的訓(xùn)練手段，可以明顯降低光纖陀螺在使用過程中的誤差問題發(fā)生率，確保移動機器人導(dǎo)航在定位方面的準(zhǔn)確度。與此同時，還可以將激光雷達作為主要的設(shè)備，規(guī)劃移動機器人的動態(tài)性躲避障礙算法，此類算法在應(yīng)用期間能夠?qū)A弧軌跡當(dāng)做基礎(chǔ)進行路徑的規(guī)劃，通過平滑性的路徑和目標(biāo)位置相互接近，采用增強學(xué)習(xí)法更好的對躲避障礙行為進行優(yōu)化，同時可以使用激光雷達的警報系統(tǒng)，創(chuàng)建刺激、反應(yīng)性的行為，使得移動機器人能夠在動態(tài)性的環(huán)境之內(nèi)躲避障礙。

3.3 設(shè)計相關(guān)的故障診斷系統(tǒng)

在設(shè)計故障診斷系統(tǒng)的過程中，可以利用粒子濾波器設(shè)備，設(shè)計傳感器故障診斷的系統(tǒng)，主要就是將規(guī)則推理、多粒子濾波器設(shè)備之間相互整合，通過規(guī)則推理來明確移動機器人的運行情況，使用多粒子濾波器設(shè)備進行運行狀態(tài)的監(jiān)控，這樣能夠彌補傳統(tǒng)的單粒子濾波器設(shè)備不能表達、展現(xiàn)復(fù)雜邏輯問題的這個缺陷，從根本上提升故障診斷的工作效率和精確性水平。

4 智能控制及移動機器人的未來發(fā)展方向

在我國智能控制及移動機器人未來發(fā)展和應(yīng)用的過程中，應(yīng)該著重進行理論方面的研究、智能化方面的研究，強化科技的創(chuàng)新開發(fā)力度，促使智能控制與移動機器人的良好應(yīng)用與發(fā)展。主要的發(fā)展方向和趨勢為：

4.1 理論研究的方向

根據(jù)當(dāng)前的智能控制及移動機器人的理論研究情況而言，在未來的發(fā)展的過程中，必然會向著理論一致性的方向進步，除了要確保理論良好統(tǒng)一之外，最為關(guān)鍵的就是普及各種通用性的技術(shù)，通過理論研究、技術(shù)的普及，降低智能控制、移動機器人方面的系統(tǒng)建設(shè)難度，減少系統(tǒng)的建設(shè)成本，這樣不僅能夠保證機械設(shè)備、控制系統(tǒng)的組織適應(yīng)性，還能營造良好的系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用條件，具有一定的發(fā)展意義。

4.2 智能化研究的趨勢

智能化研究具備復(fù)雜性的特點，需要從多個層面入手進行研究和分析，在未來發(fā)展的過程中，智能化研究會受到廣泛的重視，向著細分、精細化的方向進展，能夠使得智能化、移動機器人的應(yīng)用更加專業(yè)化，同時還能提升其實用性，降低研究開發(fā)的成本，確保智能化研究的價值和優(yōu)勢。在此期間，科學(xué)化開展有關(guān)的智能研究工作，還能促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效果和效率的全面提升，通過智能化的研究和分析，更好的關(guān)注和解決民生問題，彰顯出智能控制方面的價值、智能控制有關(guān)的優(yōu)勢。

4.3 科技創(chuàng)新開發(fā)的方向

目前我國在各個領(lǐng)域發(fā)展的過程中，都開始重視相關(guān)科技創(chuàng)新開發(fā)，智能技術(shù)的應(yīng)用也不例外，要想更好的應(yīng)用智能技術(shù)，就必須要重視科技創(chuàng)新開發(fā)，在國家政策和戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，將科技創(chuàng)新當(dāng)做是智能控制系統(tǒng)、移動機器人的開發(fā)創(chuàng)新基礎(chǔ)，不僅可以促使移動機器人的良好發(fā)展、智能控制技術(shù)的良好應(yīng)用，還能為增強國家綜合實力提供一定的科技基礎(chǔ)和保障。

5 結(jié)語

綜上所述，我國在各個領(lǐng)域中已經(jīng)開始重點應(yīng)用智能控制系統(tǒng)和技術(shù)，取得了較為良好的成績，尤其是在機器人領(lǐng)域中，合理采用智能控制技術(shù)，設(shè)計移動機器人的模式，能夠促使移動機器人的良好使用。因此，在實際工作中應(yīng)該重視智能控制在機器人中的運用，合理進行路徑的規(guī)劃、架構(gòu)的設(shè)計，提升系統(tǒng)的運行效果和水平。