智能移动机器人控制技术的改造升级

文/裴曙光

（盐城幼儿师范高等专科学校 江苏省盐城市 224005）

得益于我国人工智能技术的创新发展，在军事、农业、海洋开发以及工业生产等领域都涉及到对智能机器人的广泛应用，作为常用智能机器人类型之一，智能移动机器人的应用可实现对生产、作业效率与质量的提升。但是随着机器人智能化需求的日渐提升，传统移动机器人不再满足于现代化智能生产作业的开展，需要借助对控制技术的改造升级来提升移动机器人的智能性与科技性。也正因此，进行控制技术升级改造的深入研究，对于推动智能机器人领域发展有着重要现实意义。

1 智能移动机器人基础控制系统

作为现阶段常用智能机器人类型，移动机器人基础控制系统功能包括：

（1）稳定系统，主要功能为保持移动机器人在运行期间的稳定性与安全性；

（2）机械系统，通过设置安全且简单的机械系统，可实现机器人移动期间避免出现冲撞现象，降低机器人损坏几率；

（3）控制系统，控制系统设置应具备高效、稳定特点，因为机器人性能的发挥受到控制系统控制精准度、响应速度的直接影响；

（4）电源系统，通过为智能移动机器人设置可靠、体积小、密度高的电池，可提升机器人运行稳定性，保证机器人在各种任务中高效运行；

（5）定位系统，作为控制系统重要组成，定位系统精准性会直接影响到机器人位置识别确定的精准性；

（6）执行系统，完善且科学的执行系统可保证机器人能始终保持对指令的高效执行；

（7）环境感知系统，通过设置环境感知系统，可帮助机器人快速识别周围环境，并以此依据制定科学应对措施，确保机器人可以在各种环境条件下稳定运行；

（8）组装系统，组装系统是否简单便捷，会直接影响到操控者使用便捷性；

（9）储电系统，储电系统是保障机器人运行的关键所在，机器人运行时间与储电容量之间存在直接关联；

（10）电路稳定系统，通过合理配置稳定系统，可实现机器人电路系统的稳定运行，避免因自身电路问题而影响到运行效果；

（11）稳定控制系统。通过为机器人安设稳定控制系统，可实现操控者在任何情况下进行移动机器人的控制，避免出现失控等意外[1]；

（12）信息处理系统，作为控制系统核心组成，信息处理系统如机器人的“大脑”，可实现对所有信息的汇总、分析以及处理，并起到控制、指挥整体系统的作用。

2 控制方式的分析与选择

针对移动机器人电机控制的研究，当前常用控制芯片包括：

2.1 电机集成芯片

现阶段常用专用集成芯片包括UCC3626、MC33039，芯片不仅结构简单，且响应速度较快，该芯片的应用成本较低，在系统集成方面表现优异。另外，在过流保护、位置检测等方面，该芯片可以发挥出重要作用。但是需注意，专用集成芯片的应用无法进行二次升级，并且芯片内部需要对相关软件二次固化，缺乏灵活性[2]。

2.2 单片机

针对移动智能机器人的研发，需要具备以下特点：

（1）应控制移动机器人的体型，确保在相关生产作业活动中机器人可以灵活运行；

（2）机器人的开关可以受到电机的灵活控制；

（3）移动机器人控制需具备较高精准度。若移动机器人芯片选用单片机，因单片机在信息处理方面能力较差，并且单片机不会进行电机控制外设装置的设置，所以无法达到移动机器人开关灵活控制的要求[3]。并且单片机的应用需要对机器人进行设备的拓展设置，使得机器人制造时体型增大。

2.3 DSP芯片

DSP芯片的应用，相较于上述两种芯片，具备以下优势：

（1）升级后的芯片结构比以往总线结构更为优异，因为升级后结构会分成软件空间、存储空间两部分，在运行期间，这两部分同时运行可实现对执行时间的缩短，大幅度提升运算速率，进而达到工作效率提升的目的；

（2）该芯片应用实现对累加器、乘法器工作模式的升级与改进，所以会显著提升机器人的运算速度；

（3）DSP芯片的应用，在运行期间可实现对每个指令执行步骤的自主完成；

（4）相较于单片机芯片，DSP芯片在集成度方面表现更为优异，实现对移动机器人电机性能的最大发挥[4]。

3 智能移动机器人控制技术升级与改造

3.1 基础控制技术升级

基于行为控制方法为反应式系统的升级，具体包括纯粹反应式与极端慎思型。针对反应式系统而言，是指机器人无法做出思维活动，仅能依托于命令进行肢体动作的体现[5]。而基于行为控制方法则是反应式系统的全新升级，大量学者对基于行为方法开展深入研究分析，并得出以下结论：Maja Mataric等人认为基于行为方法机器人可以起到衔接工程与人工智能的纽带作用，而基于行为方法则是智能机器人设计的主要理论与方法，是构成智能体的主要模式。通过为机器人进行框架设定，以期借助设计约束来实现对操控问题的解决。另外，基于行为方法涉及到生物性灵感的应用，即借助生物性灵感为机器人划定可允许空间内的自由。Maja Mataric认为控制智能系统的实现需要依托于基于行为方法论，并以生物性灵感为依据，进行仿生机器人的研究与设计，可实现在提升机器人智能性的同时，帮助人们对生物性结构认知的加深。

分析现阶段移动机器人制造，大部分机器人仅能对预先设定动作的完成，在自由行、自主性方面设计仍有待提升，具体运行期间也只能按照预先设定来完成指定工作。若机器人运行过程中发生环境变化，那么预先设定与实际环境之间的契合性会下降，因为预先设定虽可以囊括部分突发情况，但是无法做到涵盖所有方面，所以在运行期间若外部环境发生超出预先设定，机器人无法做出适当且合理的反应[6]。所以，需要注重对基于行为控制方法应用，通过对以往反应式系统升级改造，实现对上述问题现象的避免，确保机器人的运行可以与各种环境有效契合，提升移动机器人运行稳定性与高效性。

3.2 主动视觉技术应用

作为当前热门研究，主动视觉技术目前在机器视觉、计算机视觉方面有一定应用。所谓主动视觉技术，是指该技术可以主动视觉周围环境，具有较强反应与感知能力。而在移动机器人控制技术改造升级中融入主动视觉技术，可实现提升机器人周围环境分析能力，对姿态、光感、位置、成像光学条件进行准确分辨，进而达到提升机器人反应能力的目的，依据对当前情况的分析有效调整自身状态，确保机器人对相应任务的准确完成[7]。针对主动视觉系统应用，可构建完善图像采集平台，实现自主调整状态、自主应对环境变化。以计算机存储量增大、图像技术提升、运算速度提升为依据，利用导航来控制视觉信息，而导航系统主要作用体现为周围环境的检测，继而依托于导航系统完成路况检测、路标识别等任务。依托于主动视觉技术进行智能移动机器人控制技术的改造与升级，促使机器人依据对周围信息的全面掌握，合理计算与调整方向与速度，最终准确完成任务。

3.3 超声波测速

超声波作为机械震荡的一种，具有弹性介质特点，传播速度仅为光波的百万分之一，具备纵向分辨率高，以及对色彩、外界光线以及电磁场不敏感的特点，在烟雾、灰尘、毒雾、黑暗的环境仍可以实现对物质有效测试，因其传播广泛、抗干扰能力强等特点被应用于移动机器人控制技术改造中[8]。针对该技术具体应用，通过控制其进行方波信号功率的放大，借助转能器在空气中进行超声波的输出，此时若机器人前方出现障碍物，超声波会发生反射现象，进而被机器人换能器接收，以此实现对障碍物距离的测算。障碍物距离的测算方法，主要是依据对渡越时间法的应用，进一步提升移动机器人测距的精准性。

3.4 PLC技术

移动机器人控制技术升级与改造中进行PLC技术的升级，可实现提升机器人运动控制有效性。针对PLC技术的具体应用，具备灵活性强、编程简单、稳定性强等特点，应用于移动机器人的主要目的为进行继电器的替代，并对相应功能进行强化，具体体现为：

（1）运动控制。实现对移动机器人位置、加速度、速度的控制，依据对相关程序的编写，让移动机器人做出直线运动、多坐标运动、平面运动以及角度变化运动等，具体运动控制形式为伺服电机、步进电机，也就是开环与闭环控制[9]。此外，PLC技术应用进行多个移动机器人的统一控制。

（2）信息控制。可强化移动机器人信息数据采集、变换、检索、存储以及处理等。与此同时，移动机器人通过对PLC技术的应用，可实现对系统信息控制的强化，采集、分析以及处理机器人内部、外部各个参数，具体包括定位数据、角度、位移以及速度数据等，依托于数据的采集与处理，在控制端显示屏中显示机器人相关数据信息。

（3）远程控制。是指对机器人远程系统的部分内容进行控制与检测，PLC技术的应用，可拓展移动机器人通讯接口，提升机器人通讯、联网能力，可显著提升机器人远程控制效果。例如运行期间机器人传感器、执行装置可与PLC进行设备网的构建，或者是进行相互操作与数据交换。再或者进行远程控制系统联接，进一步提升远程控制范围。

4 智能移动机器人控制技术发展方向

4.1 统一化的指导理论

依据对现阶段智能移动机器人指导理论现状的分析，未来其控制技术的升级与改造的指导理论必然会发展成一致性的方向，不仅是在指导理论方面的一致和统一，更是对智能移动机器人关键性控制基础、通用技术的普及，进而实现对移动机器研发、制造成本，为机器人智能化、自动化发展打下良好基础。

4.2 明确的研究目标

移动机器人控制技术的研究，具有多方向、多元化的特点，而在未来控制技术研发过程中，虽研发方向仍会以多元、多方向为主，但是其研究目标会更为细化，进而实现对机器人控制技术专用性、专业性的提升。此外，智能化控制技术的研究需要充分考虑到实用性、普及性等因素，确保其智能化控制技术的研究可以被广泛应用于智能机器人领域[10]。

4.3 科技创新

科技创新是智能移动机器人控制技术研究领域不断发展的主要支撑，而在国家不断鼓励与支持下，我国科技创新势必会呈现出跨越式发展态势，这为智能控制技术的研究起到重要推动作用，为智能移动机器人控制技术的不断升级与改造打下良好基础。

5 结束语

综上所述，作为智能移动机器人系统重要组成，控制系统为机器人稳定运行重要保障。随着智能移动机器人应用范围、领域的不断加大，对机器人控制要求不断提升，需要通过对控制技术的科学改造与升级，实现对机器人控制性能与水平的大幅度提升。鉴于此，需依据机器人岗位职能、环境、行业等因素的分析，加大对移动机器人控制技术改进与升级的研究力度，通过对机器人控制系统的不断优化与创新，实现对任务完成质量与效率的提升，确保机器人智能化、自动化、远程化运行满足实际需求。