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      智能控制及移動機器人研究進展

      來源:無線互聯科技 作者:莊紅軍 李克明 楊永謙
      發布于:2021-03-03 共3804字

        摘要:當今社會高科技發展迅速,智能化廣泛地應用于生活,給生活帶來便利的同時,也面臨著巨大的挑戰。在此局面下,最為關鍵的就是如何抓準時機,將自動控制智能化技術加以完善。目前正在研究的未知環境下移動機器人導航控制研究課題闡述了智能移動機器人的研究進展,其中包括移動機器人控制系統的結構、環境建模、路徑規劃以及故障診斷等。相關研究人員需要明確智能控制的研究范疇。與此同時,文章明確指出智能控制中需要進一步探索的方面,有利于智能控制以及移動機器人的應用與普及。

        關鍵詞:智能控制; 移動機器人; 研究; 進展;

        Analysis on research problems of intelligent control and mobile robot

        Zhuang Hongjun Li Keming Yang Yongqian Chen Youkun Hou Yonghong

        Bijie Power Supply Bureau, Guizhou Power Grid Co., Ltd.

        Abstract:Nowadays,high-tech is developing rapidly,intelligent and widely used in life,which brings convenience to life,but also faces great challenges.In this situation,the most important thing is how to grasp the right time and improve the automatic control intelligent technology.In the research of navigation control of mobile robot in unknown environment,the progress of intelligent mobile robot is expounded,including the structure,environment modeling,path planning and fault diagnosis of mobile robot control system.

        0 引言

        智能控制就是利用設計好的程序進行控制,借此實現自動控制。如今,智能控制技術為自動控制發展提供動力,并且不斷優化成為更加完善的控制技術,廣泛應用于生活。社會在進步的同時,科學技術也在不斷進步,智能化控制技術也需要跟隨時代的腳步不斷完善創新,從而滿足當前時代的需求[1]。

        1 自動控制的問題與出路

        傳統的控制理論,還存在如下一些問題。

        (1)傳統的控制系統建立要數學模型的基礎上,存在著許多不足之處,比如特別復雜、充滿多變性、不能簡便并且確保順利地實現控制。

        (2)傳統的控制系統必須依賴于一些比較拘泥死板的假設,這些假設往往與實際情況相沖突。

        (3)傳統的控制系統沒有辦法對一些復雜或者具有多變性的對象進行數學建模,自然而然就無法實現控制。

        針對這些問題,需要從以下幾個方面進行針對性的改善。

        (1)目光放長遠,對控制系統進行適當創新,制定出更具有針對性的解決方案。

        (2)敢于嘗試,在系統工作的過程中實時改進,從而不斷完善。

        從上述可以看出,改善自動控制系統的前提是將模型看作實體。所建立的數學模型包含一些固定的內容,它們是動態的、充滿活力的,并不是固定不變的。對于那些未知的系統和非傳統數學模型的系統,需要建立更完善的實施方案,將智能化完美融入其中,從而實現智能化控制系統的建立[2]。

        人工智能普及化逐漸成為一種趨勢,而人工智能的高速發展大大地促進了自動控制系統的日漸優化,逐漸發展成為智能控制技術。自動控制系統不僅面臨巨大的挑戰,而且也具有良好的機遇,因此,需要首先解決其中存在的缺陷,有針對性地提出改善方案,從而從根本上解決問題;然后找到合適的機遇,把智能化控制技術廣泛應用,不斷發展。

        2 移動機器人分析

        移動機器人是智能化在機器人上的完美體現,對機器人的智能控制是智能化控制系統的主要應用領域[3]。

        2.1 系統體系結構

        目前,已經初步實現未知環境下移動機器人的分布式控制。環境感知器是由該系統的激光雷達平臺和多視覺系統組成的,建立地形高度圖從而對一些特殊區域進行分析。光纖陀螺儀、傾角儀和里程計等儀器對移動機器人進行方向控制。分布式控制系統結構完善,包含多個層面,分工明確,準確地完成每一項工作。

        2.2 環境建模與定位

        有專家系統性地總結了未知環境中移動機器人導航環境建模研究取得的進展,將環境建模進行分類,將主要環境模型的優點和不足分別指出,總結出其中存在的問題,這對于更深層次地研究移動機器人具有重要意義。

        未知環境中移動機器人獲取環境信息的重要途徑是機器人視覺,這對環境建模來講非常重要。Harris 角點檢測方法依賴于尺度空間理論,不僅可以保持Harris角點不受光照條件和攝像機姿態變化影響,而且還能全方面監測問題。

        2.3 路徑規劃與避障

        將粒群智能與免疫原理以及進化算法相結合,提出一種依賴于粒群行為和免疫克隆機制的移動機器人規劃方法,可以比較迅速地規劃出滿足所有需求的可以執行的方案。這種方案還可以通過改變粒群行為操作參數,實現全方面規劃。方案提出一種利用RBF網絡和遺傳算法實現對光纖陀螺漂移誤差模型的辨識方法。方案還提出了以Elitist競爭機制為基礎的遺傳進化訓練方法。這種方法可以有效地提高移動機器人導航定位的精確度,并且明顯減小光纖陀螺的誤差。

        相關研究人員還提出一種以激光雷達為基礎的移動機器人實時規避算法,這種算法考慮全面,依賴于圓弧軌跡的路途規劃,用平滑路徑靠近目的地,改善移動機器人躲避障礙的行為,同時利用激光雷達的警報信息產生刺激,并且應答反應,經過此過程,能夠保證在環境不斷改變的情況下,移動機器人的避障行為仍然可以正常進行。

        2.4 故障診斷

        一種依賴于粒子濾波器的移動機器人慣性導航系統傳感器的故障診斷方法被廣泛運用于故障檢測方面,這種方法依賴于遵循規則的推理和多粒子濾波器相互融合,利用多粒子濾波器全方位監視移動機器人的運動情況,利用遵循規則的推理確定移動機器人的移動狀況,這可以顯著地解決之前單粒子濾波器存在的問題,從而提升故障診斷的效率同時提高故障診斷的精確度。

        3 智能控制的應用研究領域

        目前階段存在的智能控制系統包含地階控制系統、專家控制系統、模糊控制系統、神經控制系統和學習控制系統。這些系統都有自己的構成依據、組成結構和分析方法等,可以在不同的情況下有針對性地加以應用,我們必須明確智能控制的應用研究領域,絕對不能盲目研究,毫無針對性,這樣只會浪費時間精力和資源,并不能取得有用的研究進展。

        3.1 智能機器人規劃與控制

        21世紀,人工智能技術高速發展,傳統機器人的功能已經無法滿足當今時代的需求。因此,為了順應時代的發展,必須對機器人的功能進行優化和完善,對不同智能程度的機器人進行不同程度的優化完善,不能死板固執地一視同仁,需要視情況而定。相關研究人員比較關心的一個問題是移動機器人運動的規劃與控制。執行一個任務之前,首先必須制定出符合要求的計劃,然后按照這個計劃實施,這樣可以使得機器人滿足當今時代的需求。

        3.2 生產過程的智能監控

        工業上的許多生產過程存在高風險,稍有不慎就會出現意外,因此,這些生產過程需要全方位的監視和控制,實施監控生產過程,即使發生意外也能及時補救,從而保證生產過程的安全性并且不影響生產過程的進度。我們可以采用效果顯著的智能控制模式保證生產產品的質量優良。

        3.3 自動加工系統的智能控制

        計算機集成加工系統(CIMS)和柔性加工系統(FMS)在這些年取得了較為顯著的進步與發展。比如在一個加工過程中,需要考慮在不同情況下所需要的不同操作,全方面考慮,避免出現意外從而影響產品的質量。加工過程中所需要的各種復雜的軟件和硬件以及不確定的環境無疑給加工過程增添了許多的坎坷。

        3.4 智能故障檢測與診斷

        實時監控可以使得故障檢測與診斷過程避免許多不必要發生的意外,對于智能故障與診斷過程十分重要。為了提高系統工作的精確度,需要控制系統擁有自動檢測故障的能力和自動診斷的能力。

        例如生活中常見的火災報警器,煙霧探測器對周圍環境進行實時監控,實時探測煙霧的存在,報警器一旦檢測到煙霧,立刻通過一個設定的系統進行應答,發出警報聲,從而達到提醒人們的目的。

        4 智能控制的進一步研究問題

        智能控制是一種新興技術,但是它還沒有一種完善的體系賴以支撐,仍然需要繼續探索創新和發展。

        4.1 探求更新的指導理論

        時代在不斷進步,智能控制如果想要跟上時代的腳步,不能一直依賴于傳統的指導理論,需要適當進行創新,必須去尋找新的指導理論,從而更好地順應時代的發展。智能控制想要長久且穩定地發展下去,必須深入研究基本概念,尋找新的理論,建立新的控制原理。

        4.2 明確智能控制的研究目標

        研究智能控制的目的必須要時刻明確,不能和傳統的控制系統一概而論,必須用新的目光去重新看待。因此,相關研究人員需要根據實際情況對方案做出調整,從而更順利地進行研究;根據周圍環境情況選擇研究的方向,避免盲目研究,減少失誤出現的可能性,提高研究過程的效率。

        4.3 智能自動化要面向復雜系統

        并不是所有的系統都需要引入智能控制技術,對于那些復雜的系統來說,引入智能控制可以讓實現目標變得輕松;而對于那些簡單的系統來說,并不需要引入控制系統,如果盲目引入,只會造成資源浪費,并不能帶來便利。把智能控制應用于簡單系統,很大程度上會把系統變復雜,從而在浪費資源的同時還會降低生產效率,這并不有利于智能控制技術的廣泛應用。

        5 結語

        從智能控制的發展過程可以看出,智能控制技術仍舊需要優化創新,不斷完善控制體系,從而保證其長久且穩定地跟隨時代的腳步。相關研究人員需要明確智能控制的研究方向,制定有針對性的方案進行研究;還需要對未知環境下移動機器人導航控制的一些研究進展進行分析,為研究智能控制和移動機器人奠定基礎,并且有助于深層次地研究智能控制技術和移動機器人控制。

        參考文獻

        [1] 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(8):132-134.

        [2] 高鳴,宋愛國.基于模糊邏輯的移動機器人智能控制器設計[J].東南大學學報(英文版),2010(1):62-67.

        [3] 胡文迪.智能控制技術在工程機械控制中的應用效果[J].科技風,2019(10):115.

      作者單位:貴州電網有限責任公司畢節供電局
      原文出處:莊紅軍,李克明,楊永謙,陳友坤,侯永洪.智能控制及移動機器人研究中的問題分析[J].無線互聯科技,2021,18(02):97-98.
      相關標簽:智能機器人論文
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