機(jī)器人技術(shù)是一種融合了機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、控制理論和人工智能等眾多學(xué)科于一體的先進(jìn)技術(shù)。機(jī)器人作為信息技術(shù)和先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展水平的典型代表，正在成為世界各國競相發(fā)展的技術(shù)。機(jī)器人控制系統(tǒng)作為機(jī)器人的核心部件需要完成系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制、狀態(tài)監(jiān)測、安全控制和報(bào)警等功能。

在目前國內(nèi)外機(jī)器人發(fā)展?fàn)顩r基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目中能夠滿足焊接或噴漆等工作的要求，確立了研發(fā)一臺(tái)六自由度旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)串聯(lián)機(jī)器人的目標(biāo)。以減少系統(tǒng)成本、降低復(fù)雜度、提高可靠性為原則搭建硬件平臺(tái)。通過計(jì)算各個(gè)關(guān)節(jié)的力矩，選擇與之匹配的電機(jī)。根據(jù)需要達(dá)到的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，確定了采用基于ARM的嵌入式系統(tǒng)作為控制主機(jī)，通過工業(yè)以太網(wǎng)連接驅(qū)動(dòng)器進(jìn)而控制伺服電機(jī)的基本方案。與采用PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡通過串口控制電機(jī)的方案相比，擺脫了對(duì)PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的依賴，對(duì)系統(tǒng)底層的控制更具有靈活性。

在確立的硬件平臺(tái)上搭建了完善的軟件環(huán)境。為滿足系統(tǒng)高實(shí)時(shí)性、可擴(kuò)展、低成本的要求，采用開源的Linux系統(tǒng)作為基本的軟件平臺(tái)。在完成系統(tǒng)移植工作的基礎(chǔ)上編寫了工業(yè)以太網(wǎng)芯片的驅(qū)動(dòng)程序及應(yīng)用程序接口。為了建立良好的人機(jī)界面，采用適用于多平臺(tái)的Qt作為圖形界面庫，以增加系統(tǒng)的可移植性降低調(diào)試難度。

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制算法是整個(gè)機(jī)器人技術(shù)的靈魂。目前常用的控制方法，并采用標(biāo)準(zhǔn)的DH法建立機(jī)器人數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用齊次坐標(biāo)變換建立了正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。并且提出了一種用牛頓-拉夫遜迭代法逐次逼近目標(biāo)位姿的逆解算法，采用基于豪斯霍爾德的SVD分解求其偽逆來避免雅克比矩陣的奇異性問題，通過建立迭代規(guī)則并逐次迭代找到最優(yōu)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)單解，實(shí)際應(yīng)用時(shí)無需再建立多解取優(yōu)策略。嵌入式方案服務(wù)商朗銳智科認(rèn)為，算法具有較好的局部快速收斂性，并在所設(shè)計(jì)的機(jī)器人上進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明機(jī)器人能夠達(dá)到較好的精度和速度。

為使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)更加平滑、高效，在論證了軌跡規(guī)劃必要性的基礎(chǔ)上，分別從關(guān)節(jié)空間和任務(wù)空間兩個(gè)層面進(jìn)行了討論分析，對(duì)末端執(zhí)行器的軌跡進(jìn)行了優(yōu)化。傳統(tǒng)軌跡規(guī)劃的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)蟻群算法與軌跡規(guī)劃的相似性特征，將蟻群算法引入到機(jī)器人軌跡規(guī)劃中，并在傳統(tǒng)蟻群算法的基礎(chǔ)上，引入帶方向信息的全局啟發(fā)因子來提高最優(yōu)路徑的搜索效率，并利用螞蟻的死亡機(jī)制和懲罰函數(shù)來避免遇到陷阱時(shí)形成的路徑死鎖情況。測試結(jié)果表明，改進(jìn)后的蟻群算法收斂速度更快，能夠在較短時(shí)間內(nèi)規(guī)劃出滿足條件的最優(yōu)路徑。

來源：朗銳智科