本文應(yīng)用新一代計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃方式，展開模塊機(jī)器人的計(jì)劃方法論跟CAD體系的研討，致力于提出辦理柔性加工體系的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃智能軟件的思緒跟框架，本文以模塊機(jī)器人的計(jì)劃為突破口，提出了以面向使命為特點(diǎn)、基于事例的計(jì)劃方式正在機(jī)器概念化計(jì)劃中的使用，論文中先容了近年來開展疾速的模塊機(jī)器人的尺度模塊跟根本拓?fù)潢P(guān)聯(lián)，依據(jù)模塊機(jī)器人概念化計(jì)劃的特點(diǎn)，聯(lián)合人工智能使用中基于事例的推理機(jī)制，提出了面向使命跟基于事例的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃方式跟應(yīng)用軟件的框架，和實(shí)現(xiàn)自上而下的計(jì)算機(jī)推理的流程，文中借先容了面向用戶的機(jī)器人使命跟事情情況的默示。
1引言
模塊化思惟正在柔性加工體系中失掉日趨普遍的正視，西歐有關(guān)研討機(jī)構(gòu)從80年月終便起頭對(duì)模塊機(jī)器人的研討，初期次要側(cè)重于模塊本身的研制，而近期則偏重于模塊機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的開拓。
模塊機(jī)器人的研討可分為3個(gè)分歧的范疇，即模塊機(jī)器人硬件的研討、節(jié)制的研討跟依據(jù)分歧使用的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃，迄今為止的大多數(shù)研討側(cè)重于前兩個(gè)范疇的研討?，F(xiàn)階段，商業(yè)化的尺度模塊曾經(jīng)面市，模塊機(jī)器人的呈現(xiàn)無疑為柔性加工體系供給了更多的取舍時(shí)機(jī)，但隨之而來的問題是使命工具的變幻無窮、事情情況的分歧，加上模塊機(jī)器人的可隨便組合——即模塊機(jī)器人拓?fù)潢P(guān)聯(lián)、模塊樞紐及模塊連桿的無量組合，模塊機(jī)器人計(jì)劃成為存在挑戰(zhàn)性課題擺在咱們眼前。
機(jī)器人計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃課題始終為人們所存眷，B.O.Nnaji，正在1986年出書了“機(jī)器人計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃、取舍與評(píng)估”的專著。他對(duì)能夠構(gòu)成機(jī)器人的4個(gè)樞紐的運(yùn)動(dòng)規(guī)模、速率停止分度編碼，并對(duì)執(zhí)行器，樞紐驅(qū)動(dòng)單位、樞紐節(jié)制單位、計(jì)劃參數(shù)等共89個(gè)參數(shù)停止了定性或定量天劃定，Nnaji借對(duì)若何依據(jù)計(jì)劃要求肯定相關(guān)代碼給出了程序流程，這為機(jī)器人計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃創(chuàng)始了先河。K-HWurst正在開辟模塊機(jī)器人的同時(shí)也給出了取舍模塊的普通準(zhǔn)則。前者的研討次要針對(duì)普通機(jī)器人若何依據(jù)計(jì)劃參數(shù)肯定代碼，從而肯定知足計(jì)劃要求的機(jī)器人拓?fù)潢P(guān)聯(lián)跟布局參數(shù)，那正在計(jì)劃新型機(jī)器人時(shí)有著必然的指導(dǎo)意義。
作為模塊機(jī)器人的概念化計(jì)算機(jī)計(jì)劃，其指導(dǎo)思想與Nnaji的計(jì)劃有以下不同之處，一是模塊機(jī)器人的構(gòu)成有必然的限定，即有限樞紐模塊跟無限連桿的可選擇性；二是Nnaji的設(shè)計(jì)方案是針對(duì)機(jī)器人計(jì)劃專業(yè)職員開辟的，那須要計(jì)劃職員具有有機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)控制和對(duì)機(jī)器人的深化相識(shí)，而咱們所開辟的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃體系的用戶工具是機(jī)器人用戶，而非機(jī)器人專家。換言之，咱們的體系是面向用戶，而不是面向機(jī)器人的設(shè)計(jì)者，從用戶利用角度來說，他不需要相識(shí)模塊機(jī)器人的外部具體機(jī)關(guān)跟運(yùn)作，他只須要相識(shí)跟描寫該機(jī)器人所處置的使命跟該當(dāng)具有的機(jī)能，從這個(gè)意思上講，該體系是以使命為驅(qū)動(dòng)，或者說是面向使命的．由上述區(qū)別所發(fā)生的新的區(qū)別借在于，計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃體系跟數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分歧．輔助設(shè)計(jì)體系必需有充足的智能，以停止自上而下的計(jì)劃，那便要求該體系應(yīng)具有充足深度的常識(shí)，以描寫模塊與模塊機(jī)器人的功用、機(jī)能跟布局（FuncTIon，BehaviorandStructure，縮寫為FBS），描寫機(jī)器人應(yīng)負(fù)擔(dān)的使命跟所處的情況，和正在使命-功用-布局的映射進(jìn)程中的常識(shí)。這一計(jì)劃智能化的要求對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提出了加倍苛刻的前提，普通關(guān)系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)曾經(jīng)不克不及知足其計(jì)劃須要，對(duì)于以面向?qū)ο鬄樘攸c(diǎn)的機(jī)器人常識(shí)建模可參見文獻(xiàn)。
2模塊機(jī)器人
公用機(jī)器人的高效、正確跟低使用本錢已正在規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)中失掉充分體現(xiàn)，但面臨將來多變更跟小批量的柔性出產(chǎn)需要來說，公用機(jī)器人的計(jì)劃周期跟制造本錢皆成為亟待解決的難題．模塊化觀點(diǎn)的引入到機(jī)器人計(jì)劃為柔性加工體系注入了新的活氣，取舍得當(dāng)?shù)哪K機(jī)器人拓?fù)潢P(guān)聯(lián)跟尺度模塊，疾速構(gòu)成模塊機(jī)器人是縮短機(jī)器人計(jì)劃周期跟降低建造本錢的有效途徑，模塊化機(jī)器人將成為將來柔性加工體系中最緊張的設(shè)備之一。
2.1尺度模塊
湖北食品分揀機(jī)器人望文生義，模塊機(jī)器人由模塊——即由模塊樞紐跟模塊連桿構(gòu)成．模塊普通應(yīng)存在標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)器與電氣接口用于模塊間連接，存在一到三個(gè)自由度的模塊樞紐由直流或交換機(jī)電驅(qū)動(dòng)，并集成有減速機(jī)構(gòu)跟控制器．無自由度的模塊連桿僅用于模塊樞紐之間的毗鄰。分歧長(zhǎng)度的模塊連桿跟分歧方位的標(biāo)準(zhǔn)接口，使得模塊樞紐之間的毗鄰能知足對(duì)機(jī)器人分歧運(yùn)動(dòng)學(xué)跟動(dòng)力學(xué)要求。一自由度的樞紐模塊可以是扭捏或平動(dòng)，兩自由度的樞紐可以是反轉(zhuǎn)展轉(zhuǎn)與扭捏、平動(dòng)與反轉(zhuǎn)展轉(zhuǎn)戰(zhàn)爭(zhēng)動(dòng)與扭捏．統(tǒng)一類型的樞紐可以有分歧的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以順應(yīng)分歧的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)要求，但可取舍的余地是有限的，樞紐的長(zhǎng)度可以依據(jù)實(shí)際要求建造。
2.2模塊機(jī)器人拓?fù)潢P(guān)聯(lián)
從實(shí)際上講，利用統(tǒng)一類型的尺度模塊可以組成有數(shù)分歧拓?fù)潢P(guān)聯(lián)的機(jī)器人．但從實(shí)際使用角度動(dòng)身，一個(gè)知足六自由度空間運(yùn)動(dòng)要求的串聯(lián)機(jī)器人。由沒有跨越4個(gè)多自由度的樞紐模塊跟3個(gè)連桿模塊構(gòu)成．若思量到終端執(zhí)行器本身存在的三自由度，對(duì)操縱器的自由度的要求還會(huì)降低。所示的六自由度模塊機(jī)器人為最典范的工業(yè)機(jī)器人拓?fù)潢P(guān)聯(lián)，它能知足大多數(shù)工業(yè)使用要求。這類類型的機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)在于能正在它的事情空間躲避阻礙，但對(duì)某些使用，它并不是最好拓?fù)潢P(guān)聯(lián)．關(guān)于執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)空間要求不大的機(jī)器人，如流水線上的拆卸機(jī)器人，所示的機(jī)器人使用較多，其余所示機(jī)器人的使用則絕對(duì)較少。
3模塊機(jī)器人的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃
模塊機(jī)器人的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃，可以遵守Nnaji或其他專家提出的計(jì)劃流程停止計(jì)劃，但利用這些方式的條件是該用戶必需是機(jī)器人范疇的行家里手，用戶必需粗通機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、機(jī)器人節(jié)制，和熟習(xí)現(xiàn)有機(jī)器人產(chǎn)物的布局跟機(jī)能．那恰是大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃軟件不克不及失掉提高跟使用的次要阻礙，也與古代概念設(shè)計(jì)方式跟面向用戶跟工具的軟件設(shè)計(jì)思惟捍格難入，咱們研討的目標(biāo)在于，依據(jù)模塊機(jī)器人計(jì)劃的特色，提出面向用戶、基于事例的方式跟計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃體系，使得模塊機(jī)器人的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃不再為領(lǐng)域?qū)＜宜鶎Ｓ小?/p>
3.1模塊機(jī)器人計(jì)劃的特點(diǎn)
便模塊機(jī)器人計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃而言，最終用戶的計(jì)劃并不是對(duì)一切機(jī)器人的樞紐跟連桿停止結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而是依據(jù)給定使命肯定機(jī)器人最好拓?fù)潢P(guān)聯(lián)、樞紐跟連桿參數(shù)，以肯定選用尺度的模塊，構(gòu)成知足使命要求的模塊機(jī)器人，這是典范的機(jī)械系統(tǒng)概念化計(jì)劃。面向用戶的古代軟件的計(jì)劃指導(dǎo)思想肯定了輔助設(shè)計(jì)軟件的使用者是最終用戶，而不是機(jī)器人或計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的專家。事實(shí)上，用戶基礎(chǔ)沒有須要成為機(jī)器人計(jì)劃的內(nèi)行，也不需要對(duì)機(jī)器人布局及其節(jié)制的細(xì)節(jié)作深化相識(shí)．用戶惟一體貼的，就是正在輔助設(shè)計(jì)軟件的使用界面上，精確天肯定機(jī)器人欲實(shí)現(xiàn)的使命，描寫其事情情況，輸入模塊機(jī)器人該當(dāng)具有的功用跟應(yīng)到達(dá)的機(jī)能、和某些限定性約束條件。作為計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃體系推理的論斷，機(jī)器人的布局，即拓?fù)潢P(guān)聯(lián)跟模塊參數(shù)，成為知足新使命要求的新的技巧計(jì)劃。換言之，模塊機(jī)器人概念化計(jì)劃應(yīng)是以使命為驅(qū)動(dòng)、自上而下的計(jì)劃進(jìn)程。
機(jī)器人所處置的使命決意了機(jī)器人應(yīng)具有的功用跟機(jī)能要求．正在這里須要強(qiáng)調(diào)的是，機(jī)器人的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)決意了機(jī)器人功用，而樞紐特性跟連桿長(zhǎng)度及質(zhì)量則會(huì)影響機(jī)器人的機(jī)能．換言之，正在機(jī)器人拓?fù)潢P(guān)聯(lián)肯定的環(huán)境下，該機(jī)器人的功用便曾經(jīng)肯定，而分歧的樞紐跟連桿參數(shù)僅會(huì)影響機(jī)器人的機(jī)能．這一假定使模塊機(jī)器人的使命-功用-布局之間的雙向映射成為能夠。
3.2智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方案的取舍
古代計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃的發(fā)展趨勢(shì)向著軟件智能化標(biāo)的目的開展，以面向用戶跟面向?qū)ο鬄樘攸c(diǎn)的智能化計(jì)劃軟件是以知識(shí)庫為依靠、計(jì)算機(jī)停止推理為主線索。
智能分揀機(jī)器人的應(yīng)用一種基于事例的計(jì)算機(jī)推理（Case-BasedReasoning，縮寫為CBR）進(jìn)程使用于龐大體系的概念化計(jì)劃，可以把追求新的技巧計(jì)劃與已有的勝利計(jì)劃事例慎密天接洽正在一路。作為一種近似人類計(jì)劃進(jìn)程的方式，基于事例的計(jì)劃無效天應(yīng)用了已有的成功經(jīng)驗(yàn)，大大縮短了追求終極解決方案的工夫．采取基于事例的計(jì)劃思惟的益處借在于簡(jiǎn)化了智能體系中的常識(shí)，過濾了許多低層的元常識(shí)，突出了與使命相關(guān)的上層常識(shí)，使得常識(shí)的抒發(fā)、存儲(chǔ)跟索引加倍簡(jiǎn)明跟明晰，辦理了基于元規(guī)則推理時(shí)能夠呈現(xiàn)“組合爆炸”的潛伏隱患。
倉庫自動(dòng)分揀機(jī)器人智能軟件面向用戶的特點(diǎn)，不只在于界面友愛的情勢(shì)要求，更緊張的是軟件的使用者僅是該范疇的普通工程技術(shù)人員，而非該范疇的行家里手．以使命為驅(qū)動(dòng)、自上而下的計(jì)劃應(yīng)成為智能計(jì)劃的主線索，但所謂自上而下的計(jì)劃并不是計(jì)劃體系的惟一戰(zhàn)略。正在使命-功用-布局的映射不克不及奏效時(shí)，基于元常識(shí)、自下而上的正向推理則有助于發(fā)生新的機(jī)器人布局，以知足新的功用要求跟順應(yīng)新的使命要求，這會(huì)增長(zhǎng)體系常識(shí)跟推理機(jī)制的復(fù)雜程度。自下而上的計(jì)劃對(duì)最終用戶是通明的，用戶并不會(huì)被要求對(duì)機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)加以相識(shí)。
另外，由于模塊機(jī)器人所處置的使命、所處的事情情況的不休變更，和不休增加的模塊機(jī)器人的構(gòu)成，招致了體系常識(shí)的不休變換跟收縮．為了消弭能夠?qū)е孪到y(tǒng)解體的數(shù)據(jù)雜沓，面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是辦理這一潛伏問題的獨(dú)一取舍。研討模塊機(jī)器人工具的功用、機(jī)能跟布局之間的關(guān)聯(lián)是模塊機(jī)器人計(jì)算機(jī)輔助計(jì)劃中最緊張的環(huán)節(jié)，作為事例的數(shù)據(jù)抽象，工具類的成員數(shù)據(jù)跟方式的可封裝、繼續(xù)跟重載特性，使得用戶可以無效天界說或開辟各類龐大工具，那關(guān)于大型工程問題所波及的常識(shí)、數(shù)據(jù)跟方式的界說跟使用是至關(guān)重要的。面向?qū)ο蟮挠?jì)劃思惟用于智能CAD，招致了體系中常識(shí)的默示跟組織不同于普通基于劃定規(guī)矩的推理機(jī)制中的常識(shí)默示。綜上所述，依據(jù)模塊機(jī)器人概念化計(jì)劃的特點(diǎn)，取舍以使命為驅(qū)動(dòng)、面向?qū)ο蟾谑吕评淼挠?jì)算機(jī)輔助計(jì)劃體系，采取自上而下的推理戰(zhàn)略是停止模塊機(jī)器人概念化計(jì)劃的最好取舍。
4模塊機(jī)器人概念化計(jì)劃CAD體系
領(lǐng)域?qū)＜易鳛轶w系的計(jì)劃跟維護(hù)者，將勝利的模塊機(jī)器人的事例依照功用與機(jī)能停止分層索引，該樹狀索引圖間接用于撐持推理的知識(shí)庫．用戶經(jīng)由過程人機(jī)界面輸入機(jī)器人行將處置的使命、事情情況跟約束．使命編譯器將輸入映射為對(duì)機(jī)器人功用跟機(jī)能的目標(biāo)，作為推理機(jī)停止索引的標(biāo)簽．推理機(jī)起首依據(jù)功用要求正在樹狀知識(shí)庫中停止相關(guān)婚配候選．知足基本功能要求跟部門知足機(jī)能要求的模塊機(jī)器人將被作為候選者，而機(jī)能最瀕臨的模塊機(jī)器人將被選出．因?yàn)楸贿x出的模塊機(jī)器人正在機(jī)能上一定能知足新的事情要求，得當(dāng)?shù)狞c(diǎn)竄再所不免。因?yàn)闆Q意模塊機(jī)器人功用的機(jī)器人拓?fù)潢P(guān)聯(lián)曾經(jīng)肯定，所停止的適應(yīng)性點(diǎn)竄僅僅是取舍得當(dāng)?shù)臉屑~跟連桿模塊。轉(zhuǎn)變模塊參數(shù)后的前向計(jì)較簡(jiǎn)單肯定新的機(jī)器人的機(jī)能，那實(shí)際上是一個(gè)優(yōu)化進(jìn)程，其優(yōu)化的方針是使該機(jī)器人的功用跟機(jī)能與實(shí)現(xiàn)新使命所需的功用跟機(jī)能的不同最小．經(jīng)由過程模擬失掉用戶確認(rèn)的最優(yōu)模塊機(jī)器人布局將作為體系的輸出，并增長(zhǎng)到事例庫中。
正在婚配進(jìn)程中若是不得當(dāng)?shù)暮蜻x者發(fā)生，則體系起首要求用戶修訂對(duì)使命的解釋，如抓緊約束或降低機(jī)能要求，以利于回調(diào)相關(guān)機(jī)器人。體系正在不克不及回調(diào)相關(guān)模塊機(jī)器人時(shí)，會(huì)向領(lǐng)域?qū)＜易稍冞M(jìn)一步的常識(shí)，以求辦理新的使命．若正在有限輪回次數(shù)后仍不克不及回調(diào)相關(guān)事例，則體系挪用綜合進(jìn)程，從模塊庫中綜合新的機(jī)器人拓?fù)潢P(guān)聯(lián)。
用戶可以從3個(gè)屬性界面上對(duì)機(jī)器人功課根本使命、事情情況跟約束停止描寫。例如，一機(jī)器人正在一立體空間停止弧焊使命，焊頭Welder重為3.5kg，最大事情規(guī)模正在立體500mm×450mm的規(guī)模內(nèi)，焊頭能正在X立體內(nèi)偏轉(zhuǎn)，軌跡類型為接連，焊頭Welder從給定點(diǎn)PStart，經(jīng)軌跡Path_1，到完畢面PEnd．對(duì)事情空間可以用圖形方法加以直觀界說跟顯現(xiàn)，對(duì)軌跡的描寫可以是數(shù)組或圖形方法．事情情況描寫次要包羅對(duì)系統(tǒng)坐標(biāo)體系定位、相關(guān)設(shè)備、傳感器等的界說。約束條件指的是對(duì)機(jī)器人功課時(shí)其他約束，諸如對(duì)執(zhí)行器的最大速率、加速度、機(jī)器人定位精度、反復(fù)精度、建造本錢、利用本錢等因素的思量。
5結(jié)束語
本文致力于依據(jù)模塊機(jī)器人概念化計(jì)劃的特色，將基于事例推理使用到模塊機(jī)器人的智能計(jì)劃中，輔助設(shè)計(jì)體系的智能化在于面向?qū)ο蟮某ＷR(shí)默示跟基于常識(shí)跟事例的推理機(jī)制引入，本研討失掉香港政府研討基金委員會(huì)1996～1999年度的贊助。
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