智能移动机器人控制技术改造升级探索

谢小宝

摘要：智能移动机器人是一种能在复杂环境下自主工作、动态决策与自主规划、行为控制与执行的综合控制系统，是现代工业智能控制技术发展前沿，有利于推动未来生产生活方式变革。基于此，本文主要分析智能移动机器人技术当前的发展现状、升级改造策略以及未来的发展趋势，旨在推动智能移动机器人控制技术升级和发展，以供参考。

关键词：智能机器人；体系结构；升级改造

一、智能移动机器人的概述

二十世纪六十年代，针对机器人开展的现代化研究已经出现，但由于时代的局限性，当时机器人研究的目标主要是使机器人满足相应的科技要求，例如，指认性功能技术控制，需要机器人在智能识别系统的基础上，辨别相应的对象类型，并根据系统所规划的工作路径，完成较简单的推理和分析工作。如今，智能移动机器人技术的核心支撑主要包括智能机器人移动路径的规划、行为的控制，与机器人信号传输的信息技术等。

二、智能移动机器人的现状

据文献资料数据预测研究显示，智能移动机器人在未来很可能会朝着高智能机器人、情感连接机器人以及视觉导向机器人的方向发展。当前，智能移动机器人应用并没有得到普及，多数数字弱势群体对机器人的工作体系以及构成结构知之甚少，甚至认为智能移动机器人只是智能家居中的构成部分，例如，智能电视机或智能机器扫地机等。实际上，传统智能移动机器人领域早已在我国的科技领域、农业领域和工业生产领域等多个方面得以应用，智能移动机器人的融入和应用可以提升生产效率和工作水平。但随着科学技术不断发展，生产控制技术节奏的加快，传统的智能移动机器人已经不能很好地满足现代化工业生产作业。因此，需要借助进一步升级和改造技术，以此提升智能移动机器人工作过程中的智能性，推动我国现代化发展。

三、智能移动机器人体系结构

随着工业控制技术不断发展，各行业对机器人的应用需求日益增加。因此，需要进一步优化和升级传统机器人的内部构架应用技术，经历了半个多世纪的研究，机器人控制技术逐步走向成熟，成为现代工业控制技术核心发展产业之一。当前，机器人的研究目的是满足日常生产生活中更多的执行需求，而智能移动机器人主要包括分级递阶结构机器人、包容结构机器人和混合结构机器人三种类型。

（一）分级递阶结构机器人

分级递阶结构是智能移动机器人在发展初期阶段的一种基本结构系统，遵循“感知—思维—行动”的基本规律，即层次向上，智能增加，精度降低；层次下降，智能降低。在早期的机器人创造和生产过程中，这种机器人系统较为常见，分级结构可以对机器人的大脑发出较简洁且容易辨别的指令，如图1所示。随着科技的进步和变迁，传统的机器人系统无法满足现代人类社会多功能的需求，由此，分级结构也必须要不断优化和升级，并拓展新的领域和功能。分级结构机器人构架的前期排序工作中周期长，且设置控制技术繁琐，机器人的工作效率提升有限。

图1  分级递阶式控制结构

（二）包容结构机器人

包容结构机器人是智能移动机器人处理动态环境不确定和在模仿动物的低级反射反行为，与分级递阶结构的机器人构造相比，包容结构的机器人体现出的功能更加多元，如图2所示。包容结构机器人是分级递阶机器人的延伸和发展，能使机器人的操作功能和执行功能同步实现，适合快速反射行为，在路线规划、目标识别控制技术较好，且前期排序的时间较短，工作效率高，能识别较复杂的工作命令，但在功能规划和构架方面缺少全局指导和防调。

图2  包容式控制结构

（三）混合结构机器人

混合结构机器人是分级递阶结构和包容结构相互融合的机器人系统，客观上，可以被视为一个相对独立的操作系统。从功能结构上混合结构的机器人漫游层、规划层、趋向总目标层、应急避障层和解死层，从下到上，越高层，优先级越高，如图3所示。因此，混合结构的机器人相比于分级递阶结构和包容结构的机器人体现的功能操作更具优势。它采用目前较先进的处理技术，能帮助机器人识别各类型操作任务，并执行一系列的动态操作。需要注意的是，分级递阶结构和包容结构相互混合的机器人构造是一个独立存在的处理系统，是总体反应构架中的重要构成部分，也是反应结构机器人持续发展和延伸后诞生的产物。

图3  混合型控制结构

四、智能移动机器人中的重要技术构成

（一）路径规划技术

智能移动机器人是基于路径规划技术的发展，在多种可以被选择的路径方案中择优挑选出一条较便捷的途径。路径规划技术诞生于二十世纪七十年代，当前国内外对路径规划技术研究较活跃，不过，在机器人领域中的应用不够完善，尤其是考虑到对于不同工作需求的智能机器人，在工作过程中对路径规划和选择的需求差异性较大，常见的有环境信息已知局部路径规划、环境信息不完全和未知路径规划技术。因此，智能移动机器人应用发展领域在控制技术中较重要，需要从通观全局的角度上选择一条更好的路径。

（二）多传感器信息融合技术

多传感器信息融合技术控制是利用多个传感器合理支配和使用观测信息，控制性能稳定，是智能移动机器人控制技术较关键的构成部分。其中，信息融合主要是能在面临不同的外界环境下，通过微型传感器设备快速抓取周边环境中的信息数据，并整合和深度处理，再根据周边环境的需求展示数据。由于智能移动机器人的应用场所具有较大差异，应用周围环境和资源较复杂。因此，通过传感器技术的数据抓取以及深度处理工作，实现对各类型数据信息的分类和总和，能更精准地针对周围环境的特征作出反应并执行命令。

（三）导航技术

导航技术是在智能移动机器人领域占据主导位置的重要技术。对于智能移动机器人而言，智能移动机器人在不同的场合下进行动态性的工作，能辨别位置方向并找出路径规划技术，是智能移动机器人应用价值的关键。因此，导航技术是智能移动机器人中较核心的应用技术。智能移动机器人导航技术常见有惯性导航、GPS导航、环境地图模型匹配导航、路标导航、视觉导航等，在智能移动机器人领域的应用中，智能移动机器人在自主操作和识别的过程中学会选择合适的行走规划路径，面临前方障碍物时能自动识别。因此，导航技术赋予了智能移动机器人感知能力，可以辨别和确认周边环境中存在的可能危及前行路线的障碍，进一步与路径规划技术融合，有效躲避障碍物。

五、智能移动机器人技术的升级与改造

（一）主动视觉技术的升级改造

主动视觉技术是视觉导航系统较主要的控制技术，是当前智能移动机器人研究领域中的重点研究技术，主要解决障碍物和路标的探测及识别，利用视觉探测路标完成智能移动机器人导航。智能移动机器人能根据当前周围环境中所处的状态，例如，几何位置、姿态、摄像机的成像光学条件等问题，调整各个控制部分的参数，使其达到较佳的成像状态，优化系统完成特定的视觉任务。在智能移动机器人控制技术升级和改造的过程中，可以通过融入主动视觉技术，进一步提升机器人对周围环境的识别能力和反应能力，尤其是精准辨别光线、位置、图像条件，从而进一步提升智能移动机器人操作执行过程中的安全性以及灵活调整工作状态，提升任务完成的精确度。主动视觉系统的构成，需要通过图像采集平台的大规模利用以及自主状态调节技术的应用，有效提升智能移动机器人快速辨别周围环境信息的能力。这项技术需要予以大量的数据存储以及图像识别技术，并以高速运转的计算速度为前提条件，才能在短时间内对周围环境作出反应。因此，依托主动视觉技术是智能移动机器人未来控制重点研究技术，完善智能移动机器人的执行能力，更好地掌握周边环境的各项细节信息，使其更精准地完成任务。

（二）超声波测速技术的应用

超声波技术是智能移动机器人机械振荡领域中的重要组成部分，超声波在传递和反弹的过程中具有弹性介质的特征，超声波传递速度快，达到了光波传递速度的百万分之一，且在传递过程中，尤其在纵向方向分辨率较高，即使在充满障碍物的烟尘条件下或光线视角不好的黑暗环境中仍可以实现对物质测量结果的有效反弹，在各个领域中都得到了广泛应用。但超声波技术在应用的过程中对色彩、光线以及电磁元素感应不敏感，但该技术可以在视角不足和特殊环境下精准运行，具有抗干扰能力强的特征。因此，智能移动机器人的优化和升级中超声波测速技术融入和应用是必然。通过超声波测速技术能增加前方物体声波反馈功率，借助能量转换器在空气中对超声波进行输出控制，如果智能移动机器人运行过程中的周围环境出现障碍物，超声波会在短时间内完成超声波反射，进而被机器人的智能转换器接受，快速测算与障碍物之间的实际距离，提升机器人对前方障碍物测距的精准度。

（三）基础行为控制技术的升级

智能移动机器人基础行为控制技术基于反应式系统的进一步升级和优化，主要包括反应式结构以及慎思结构两部分。其中，反应式结构的控制系统主要是指智能移动机器人无法根据周围环境所处的状况做出自我思维活动，只能根据控制系统提出的命令执行动作。而基于基础行为控制系统是反映系统的进一步优化和升级，许多研究学者早已开始基于行为控制方式对智能移动机器人的行为控制优化展开了研究。著名机器人研究专家Maja Matatic和他的团队认为，基于行为控制方法的机器人是工程机器人与人工智能机器人之间相互衔接的重要桥梁，通过行为方法进行研究，可促使智能移动机器人不断朝着智能体发展方向发展。在当前的智能移动机器人研究工作中，可以通过机器人预先设定好相应的移动框架，借助相应的约束条件，精准操控机器人。除此之外，行为控制方法对智能移动机器人展开的研究甚至还涉及生物灵感应用，也就是说，借助生物对外界环境的天然感应为机器人未来功能执行和路径规划提供了更大的自由空间。Maja Matatic和他的团队认为控制智能机器人系统功能的实现，必须建立在行为方法理论的基础上，为了推动机器人向更智能和灵活的方向发展，需要鼓励建设智能移动机器人技术孵化平台，致力于研究集基础技术研发、智能移动机器人技术孵化、产业培育为一体的协同创新平台，使机器人在识别和操作过程中能具备一定的自主思考空间，提升智能移动机器人在执行命令过程中的稳定性与精准性。

六、结语

综上所述，随着科学技术快速发展，智能移动机器人已逐步开始在不同的发展领域展现自身实力。在推动智能移动机器人的进一步优化和升级方面，要从智能移动机器人的控制系统、视觉系统以及声波系统等多个方面进行升级与改造，优化智能系统设计，以推动智能移动机产业转型升级与战略性新兴产业发展提供科技支撑，确保未来的智能移动机器人可以根据不同职能需求、不同环境领域和不同行业要素为人类提供更加高效、更加便捷的服务。

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