基于人工智能技術(shù)的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)開發(fā)

李小松，周 坤

(西華師范大學(xué)，四川 南充 637000)

0 引言

人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)開發(fā)是現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)學(xué)科中的一種綜合性應(yīng)用，其涉及的人工智能指的是用于模擬和延伸人智能的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用的統(tǒng)稱，是現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展中新興的先進(jìn)技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，人工智能是一種與人類智能相近并作出相應(yīng)反應(yīng)的智能化機(jī)器，其在機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別和圖像識(shí)別、專家系統(tǒng)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。

1 人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了高速的發(fā)展。在此背景下，人工智能機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的研究雖然有了較大的進(jìn)展和成果，在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展中可以滿足基本需求，但在實(shí)用性上還存在較大的問題，如機(jī)器人離線編程人機(jī)交互接口以及操作的便捷性還有待提高，不能完全滿足人性化語(yǔ)言信息的實(shí)際應(yīng)用需求。在運(yùn)用D-H方法時(shí)，多數(shù)情況都需要基于運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解最優(yōu)解評(píng)價(jià)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，同時(shí)需要開放很多接口以實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)關(guān)鍵模塊選擇最優(yōu)解。這種方法在實(shí)用性方面存在很大的限制性，無法保障人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有作用和功能，這就要求加強(qiáng)對(duì)人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)的創(chuàng)新開發(fā)設(shè)計(jì)，充分節(jié)省工業(yè)機(jī)器人的制造時(shí)間，實(shí)現(xiàn)在虛擬環(huán)境中合理規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的工作環(huán)境，進(jìn)一步改善編譯工作環(huán)境，提高應(yīng)用實(shí)效性[1]。在最近幾年的發(fā)展進(jìn)程中，我國(guó)人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)開始注重面向虛擬技術(shù)的計(jì)算機(jī)作業(yè)任務(wù)編程，即建立計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)傳感器與控制系統(tǒng)之間的有效反饋、建設(shè)離線編程虛擬系統(tǒng)整體實(shí)施動(dòng)態(tài)的描述功能等。目前我國(guó)對(duì)人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)開發(fā)研究工作已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，在智能化和自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)逐漸加強(qiáng)的情況下，我國(guó)必須結(jié)合實(shí)際的發(fā)展模式，對(duì)人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)綜合考慮建設(shè)環(huán)境以及應(yīng)用需求，開展具有持續(xù)性的科學(xué)化管理，推動(dòng)人工智能技術(shù)和離線編程系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展。

2 人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

結(jié)合國(guó)內(nèi)外的開發(fā)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐來看，對(duì)計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，要科學(xué)設(shè)計(jì)離線編程仿真系統(tǒng)，再通過仿真系統(tǒng)的功能確定和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為離線編程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

2.1 系統(tǒng)功能分析

開發(fā)離線編程仿真系統(tǒng)應(yīng)對(duì)其具體的實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行分析和確定，從而保障具體開發(fā)有目的性。當(dāng)前離線編程仿系統(tǒng)的主要功能包含9個(gè)方面。

(1)實(shí)現(xiàn)三維幾何構(gòu)形。這是離線編程仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵功能，幾何構(gòu)形會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，決定機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用水平。在分析實(shí)現(xiàn)三維幾何構(gòu)形的過程中，在不同的部位需采用不同的方法。如對(duì)機(jī)器人的基本體實(shí)現(xiàn)三維幾何構(gòu)形時(shí)，可以采用掃描法和局部變形法、集合運(yùn)算等方法，而在實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的總體三維幾何構(gòu)形時(shí)，則要采用體素構(gòu)造和分級(jí)裝配等方法，能夠在很大程度上保障機(jī)器人制造后的良好運(yùn)行。

(2)運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)仿真和動(dòng)畫技術(shù)。在離線編程仿真系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)這一功能，要對(duì)機(jī)器人的總體功能進(jìn)行預(yù)先分析，提高機(jī)器人的綜合利用效果及效率。

(3)通信及后置處理功能。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的通信功能可以采用兩種方式：①利用翻譯離線編程語(yǔ)言，將語(yǔ)言翻譯成為可接受和可執(zhí)行的命令。②通過輸入相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)通信，相比于前一種，這種通信方式更加準(zhǔn)確。通信和后置處理功能的實(shí)現(xiàn)所應(yīng)用的傳送方式主要有接口總線和磁盤兩種，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高精度的語(yǔ)言通信[2]。

(4)機(jī)器人作業(yè)總體布局。在離線編程仿真系統(tǒng)中，對(duì)機(jī)器人作業(yè)總體布局功能是非常重要的，可以保障機(jī)器人作業(yè)的自動(dòng)化和智能化。該功能實(shí)現(xiàn)的方法途徑有兩種，一是直接搜索，二是啟發(fā)式搜索。

(5)碰撞和路徑優(yōu)化功能。在機(jī)器人的具體工作中，工作路徑的選擇是確保從事工作高效化的基礎(chǔ)，因此在人工智能技術(shù)支持下，必須促使離線編程仿真系統(tǒng)具有優(yōu)化工作路徑的功能。同時(shí)還要設(shè)計(jì)機(jī)器人的防碰撞功能。因此在具體的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要對(duì)機(jī)器人的冗余度進(jìn)行有效調(diào)控，促使機(jī)器人具備自動(dòng)回避碰撞和障礙物的智能功能。

(6)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)規(guī)劃。這一功能主要是為了充分保障機(jī)器人的工作水平，在開展相應(yīng)具體的工作任務(wù)時(shí)，可以保障工件和重力矢量在工作中維持一定的關(guān)系，提高運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性。

(7)力控制系統(tǒng)仿真功能。模擬和延伸人類的工作行為，提高工藝開展的效率和質(zhì)量。

(8)自動(dòng)調(diào)度功能。通過相應(yīng)的程序軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，在人工智能的專家系統(tǒng)支持下，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砉ぷ?，提高智能化水平?/p>

(9)誤差和公差的自動(dòng)評(píng)估功能。

這9個(gè)功能是人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)開發(fā)中必備的重要組成部分，通過借鑒和參考離線編程仿真系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，在一定程度上能夠保證系統(tǒng)功能的全面性和完整性，充分體現(xiàn)機(jī)器人的應(yīng)用價(jià)值和實(shí)用性。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及確定

從人工智能計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)的功能分析中，可以發(fā)現(xiàn)其實(shí)現(xiàn)要依靠系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，因此必須要合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。根據(jù)離線編程仿真系統(tǒng)所具備的9個(gè)功能，要確定7個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要包含：用于語(yǔ)言翻譯以及轉(zhuǎn)換的語(yǔ)言處理模塊、實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)仿真的運(yùn)動(dòng)學(xué)和規(guī)劃模塊、作用于構(gòu)形的三維構(gòu)形模塊、與運(yùn)動(dòng)學(xué)及規(guī)劃模塊聯(lián)合應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)仿真模塊、實(shí)現(xiàn)通信傳輸和后置處理的通信模塊、起到控制作用的主控模塊、發(fā)揮機(jī)器人具體價(jià)值的傳感器仿真模塊等[3]。其中運(yùn)動(dòng)學(xué)及規(guī)劃模塊主要是通過開放式機(jī)器人異構(gòu)拓?fù)渌惴ê透咝C(jī)器人多軸插補(bǔ)算法等，對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行正逆求解，保障多軸協(xié)同運(yùn)動(dòng)的有效實(shí)現(xiàn)。語(yǔ)言處理和通信模塊可以直接面對(duì)用戶，進(jìn)一步加強(qiáng)人機(jī)交互。傳感器仿真模塊一般在實(shí)際生產(chǎn)過程中，采用人工一次編寫反邏輯方法，能夠保證機(jī)器人按照仿真軌跡開展運(yùn)動(dòng)。這7大模塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠提高人工智能的離線編程系統(tǒng)的實(shí)用性和便捷性。同時(shí)在人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定和設(shè)計(jì)時(shí)，也可以分割機(jī)器人的三維模型STL文件，并在每一個(gè)模塊中添加其特有的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)屬性和裝配約束屬性。利用人工智能的三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展示虛擬設(shè)備和工作場(chǎng)景，經(jīng)過運(yùn)動(dòng)學(xué)及規(guī)劃模塊則能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真和軌跡規(guī)劃[4]。

3 人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)開發(fā)后的實(shí)現(xiàn)過程

對(duì)于人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)確定和設(shè)計(jì)，則能夠完成其系統(tǒng)的開發(fā)，而對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)則要經(jīng)過4個(gè)步驟。(1)用戶需要將機(jī)器人、工件模型以及其他輔助虛擬模型導(dǎo)入系統(tǒng)中，其能夠自動(dòng)進(jìn)行工作程序編寫，然后應(yīng)用到離線編程系統(tǒng)中；(2)程序自動(dòng)進(jìn)行語(yǔ)法檢查，當(dāng)確定正確程序之后，則要通過算法庫(kù)轉(zhuǎn)化為控制機(jī)器人和虛擬設(shè)備的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)指令以及運(yùn)動(dòng)的位置信息等[5]；(3)機(jī)器人在得到運(yùn)動(dòng)指令和運(yùn)動(dòng)位置信息時(shí)，能夠通過軌跡規(guī)劃模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)器人、虛擬設(shè)備的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。此時(shí)機(jī)器人虛擬設(shè)備會(huì)開展運(yùn)動(dòng)碰撞測(cè)試、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等活動(dòng)；(4)在運(yùn)動(dòng)仿真需求得到滿足的條件下，按照系統(tǒng)控制器的類型可以轉(zhuǎn)化為正確的程序。經(jīng)過通信接口則能夠?qū)⑿畔鬟f到控制柜，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體機(jī)器人作業(yè)軌跡的仿真控制。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)呈現(xiàn)的專業(yè)化、機(jī)械化以及智能化等特點(diǎn)，加強(qiáng)人工智能技術(shù)的應(yīng)用已是社會(huì)向前進(jìn)步發(fā)展的必然需求。人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)在現(xiàn)代化生產(chǎn)活動(dòng)中具有較大的優(yōu)勢(shì)，不僅能夠節(jié)省機(jī)器人的制造時(shí)間，還能夠預(yù)先模擬其設(shè)備和工作環(huán)境，有效改善編譯工作效果。因此在開發(fā)人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)在開發(fā)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合離線編程理論，從功能分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，開展完整的系統(tǒng)開發(fā)，保障人工智能的計(jì)算機(jī)離線編程系統(tǒng)發(fā)揮實(shí)用性，推動(dòng)現(xiàn)代化人工智能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。