本文應用新一代計算機輔助計劃方式，展開模塊機器人的計劃方法論跟CAD體系的研討，致力于提出辦理柔性加工體系的計算機輔助計劃智能軟件的思緒跟框架，本文以模塊機器人的計劃為突破口，提出了以面向使命為特點、基于事例的計劃方式正在機器概念化計劃中的使用，論文中先容了近年來開展疾速的模塊機器人的尺度模塊跟根本拓撲關聯，依據模塊機器人概念化計劃的特點，聯合人工智能使用中基于事例的推理機制，提出了面向使命跟基于事例的計算機輔助計劃方式跟應用軟件的框架，和實現自上而下的計算機推理的流程，文中借先容了面向用戶的機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，西歐有關研討機構從80年月終便起頭對模塊機器人的研討，初期次要側重于模塊本身的研制，而近期則偏重于模塊機器人應用領域的開拓。
模塊機器人的研討可分為3個分歧的范疇，即模塊機器人硬件的研討、節制的研討跟依據分歧使用的計算機輔助計劃，迄今為止的大多數研討側重于前兩個范疇的研討。現階段，商業化的尺度模塊曾經面市，模塊機器人的呈現無疑為柔性加工體系供給了更多的取舍時機，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，加上模塊機器人的可隨便組合——即模塊機器人拓撲關聯、模塊樞紐及模塊連桿的無量組合，模塊機器人計劃成為存在挑戰性課題擺在咱們眼前。
機器人計算機輔助計劃課題始終為人們所存眷，B.O.Nnaji，正在1986年出書了“機器人計算機輔助計劃、取舍與評估”的專著。他對能夠構成機器人的4個樞紐的運動規模、速率停止分度編碼，并對執行器，樞紐驅動單位、樞紐節制單位、計劃參數等共89個參數停止了定性或定量天劃定，Nnaji借對若何依據計劃要求肯定相關代碼給出了程序流程，這為機器人計算機輔助計劃創始了先河。K-HWurst正在開辟模塊機器人的同時也給出了取舍模塊的普通準則。前者的研討次要針對普通機器人若何依據計劃參數肯定代碼，從而肯定知足計劃要求的機器人拓撲關聯跟布局參數，那正在計劃新型機器人時有著必然的指導意義。
作為模塊機器人的概念化計算機計劃，其指導思想與Nnaji的計劃有以下不同之處，一是模塊機器人的構成有必然的限定，即有限樞紐模塊跟無限連桿的可選擇性；二是Nnaji的設計方案是針對機器人計劃專業職員開辟的，那須要計劃職員具有有機構運動學、動力學、計算機控制和對機器人的深化相識，而咱們所開辟的計算機輔助計劃體系的用戶工具是機器人用戶，而非機器人專家。換言之，咱們的體系是面向用戶，而不是面向機器人的設計者，從用戶利用角度來說，他不需要相識模塊機器人的外部具體機關跟運作，他只須要相識跟描寫該機器人所處置的使命跟該當具有的機能，從這個意思上講，該體系是以使命為驅動，或者說是面向使命的．由上述區別所發生的新的區別借在于，計算機輔助計劃體系跟數據結構分歧．輔助設計體系必需有充足的智能，以停止自上而下的計劃，那便要求該體系應具有充足深度的常識，以描寫模塊與模塊機器人的功用、機能跟布局（FuncTIon，BehaviorandStructure，縮寫為FBS），描寫機器人應負擔的使命跟所處的情況，和正在使命-功用-布局的映射進程中的常識。這一計劃智能化的要求對系統數據結構提出了加倍苛刻的前提，普通關系數據庫的數據結構曾經不克不及知足其計劃須要，對于以面向對象為特點的機器人常識建模可參見文獻。
2模塊機器人
公用機器人的高效、正確跟低使用本錢已正在規模化工業生產中失掉充分體現，但面臨將來多變更跟小批量的柔性出產需要來說，公用機器人的計劃周期跟制造本錢皆成為亟待解決的難題．模塊化觀點的引入到機器人計劃為柔性加工體系注入了新的活氣，取舍得當的模塊機器人拓撲關聯跟尺度模塊，疾速構成模塊機器人是縮短機器人計劃周期跟降低建造本錢的有效途徑，模塊化機器人將成為將來柔性加工體系中最緊張的設備之一。
2.1尺度模塊
望文生義，模塊機器人由模塊——即由模塊樞紐跟模塊連桿構成．模塊普通應存在標準化的機器與電氣接口用于模塊間連接，存在一到三個自由度的模塊樞紐由直流或交換機電驅動，并集成有減速機構跟控制器．無自由度的模塊連桿僅用于模塊樞紐之間的毗鄰。分歧長度的模塊連桿跟分歧方位的標準接口，使得模塊樞紐之間的毗鄰能知足對機器人分歧運動學跟動力學要求。一自由度的樞紐模塊可以是扭捏或平動，兩自由度的樞紐可以是反轉展轉與扭捏、平動與反轉展轉戰爭動與扭捏．統一類型的樞紐可以有分歧的驅動機構，以順應分歧的運動與動力學要求，但可取舍的余地是有限的，樞紐的長度可以依據實際要求建造。
2.2模塊機器人拓撲關聯
從實際上講，利用統一類型的尺度模塊可以組成有數分歧拓撲關聯的機器人．但從實際使用角度動身，一個知足六自由度空間運動要求的串聯機器人。由沒有跨越4個多自由度的樞紐模塊跟3個連桿模塊構成．若思量到終端執行器本身存在的三自由度，對操縱器的自由度的要求還會降低。所示的六自由度模塊機器人為最典范的工業機器人拓撲關聯，它能知足大多數工業使用要求。這類類型的機器人的優點在于能正在它的事情空間躲避阻礙，但對某些使用，它并不是最好拓撲關聯．關于執行器運動空間要求不大的機器人，如流水線上的拆卸機器人，所示的機器人使用較多，其余所示機器人的使用則絕對較少。
3模塊機器人的計算機輔助計劃
模塊機器人的計算機輔助計劃，可以遵守Nnaji或其他專家提出的計劃流程停止計劃，但利用這些方式的條件是該用戶必需是機器人范疇的行家里手，用戶必需粗通機器人運動學、動力學、機器人節制，和熟習現有機器人產物的布局跟機能．那恰是大多數計算機輔助計劃軟件不克不及失掉提高跟使用的次要阻礙，也與古代概念設計方式跟面向用戶跟工具的軟件設計思惟捍格難入，咱們研討的目標在于，依據模塊機器人計劃的特色，提出面向用戶、基于事例的方式跟計算機輔助計劃體系，使得模塊機器人的計算機輔助計劃不再為領域專家所專有。
3.1模塊機器人計劃的特點
便模塊機器人計算機輔助計劃而言，最終用戶的計劃并不是對一切機器人的樞紐跟連桿停止結構設計，而是依據給定使命肯定機器人最好拓撲關聯、樞紐跟連桿參數，以肯定選用尺度的模塊，構成知足使命要求的模塊機器人，這是典范的機械系統概念化計劃。面向用戶的古代軟件的計劃指導思想肯定了輔助設計軟件的使用者是最終用戶，而不是機器人或計算機領域的專家。事實上，用戶基礎沒有須要成為機器人計劃的內行，也不需要對機器人布局及其節制的細節作深化相識．用戶惟一體貼的，就是正在輔助設計軟件的使用界面上，精確天肯定機器人欲實現的使命，描寫其事情情況，輸入模塊機器人該當具有的功用跟應到達的機能、和某些限定性約束條件。作為計算機輔助計劃體系推理的論斷，機器人的布局，即拓撲關聯跟模塊參數，成為知足新使命要求的新的技巧計劃。換言之，模塊機器人概念化計劃應是以使命為驅動、自上而下的計劃進程。
機器人所處置的使命決意了機器人應具有的功用跟機能要求．正在這里須要強調的是，機器人的拓撲關聯決意了機器人功用，而樞紐特性跟連桿長度及質量則會影響機器人的機能．換言之，正在機器人拓撲關聯肯定的環境下，該機器人的功用便曾經肯定，而分歧的樞紐跟連桿參數僅會影響機器人的機能．這一假定使模塊機器人的使命-功用-布局之間的雙向映射成為能夠。
3.2智能計算機輔助設計方案的取舍
古代計算機輔助計劃的發展趨勢向著軟件智能化標的目的開展，以面向用戶跟面向對象為特點的智能化計劃軟件是以知識庫為依靠、計算機停止推理為主線索。
一種基于事例的計算機推理（Case-BasedReasoning，縮寫為CBR）進程使用于龐大體系的概念化計劃，可以把追求新的技巧計劃與已有的勝利計劃事例慎密天接洽正在一路。作為一種近似人類計劃進程的方式，基于事例的計劃無效天應用了已有的成功經驗，大大縮短了追求終極解決方案的工夫．采取基于事例的計劃思惟的益處借在于簡化了智能體系中的常識，過濾了許多低層的元常識，突出了與使命相關的上層常識，使得常識的抒發、存儲跟索引加倍簡明跟明晰，辦理了基于元規則推理時能夠呈現“組合爆炸”的潛伏隱患。
智能軟件面向用戶的特點，不只在于界面友愛的情勢要求，更緊張的是軟件的使用者僅是該范疇的普通工程技術人員，而非該范疇的行家里手．以使命為驅動、自上而下的計劃應成為智能計劃的主線索，但所謂自上而下的計劃并不是計劃體系的惟一戰略。正在使命-功用-布局的映射不克不及奏效時，基于元常識、自下而上的正向推理則有助于發生新的機器人布局，以知足新的功用要求跟順應新的使命要求，這會增長體系常識跟推理機制的復雜程度。自下而上的計劃對最終用戶是通明的，用戶并不會被要求對機器人內部結構的細節加以相識。
另外，由于模塊機器人所處置的使命、所處的事情情況的不休變更，和不休增加的模塊機器人的構成，招致了體系常識的不休變換跟收縮．為了消弭能夠導致系統解體的數據雜沓，面向對象的數據結構是辦理這一潛伏問題的獨一取舍。研討模塊機器人工具的功用、機能跟布局之間的關聯是模塊機器人計算機輔助計劃中最緊張的環節，作為事例的數據抽象，工具類的成員數據跟方式的可封裝、繼續跟重載特性，使得用戶可以無效天界說或開辟各類龐大工具，那關于大型工程問題所波及的常識、數據跟方式的界說跟使用是至關重要的。面向對象的計劃思惟用于智能CAD，招致了體系中常識的默示跟組織不同于普通基于劃定規矩的推理機制中的常識默示。綜上所述，依據模塊機器人概念化計劃的特點，取舍以使命為驅動、面向對象跟基于事例推理的計算機輔助計劃體系，采取自上而下的推理戰略是停止模塊機器人概念化計劃的最好取舍。
4模塊機器人概念化計劃CAD體系
湖北省藥品分揀機器人領域專家作為體系的計劃跟維護者，將勝利的模塊機器人的事例依照功用與機能停止分層索引，該樹狀索引圖間接用于撐持推理的知識庫．用戶經由過程人機界面輸入機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機器人功用跟機能的目標，作為推理機停止索引的標簽．推理機起首依據功用要求正在樹狀知識庫中停止相關婚配候選．知足基本功能要求跟部門知足機能要求的模塊機器人將被作為候選者，而機能最瀕臨的模塊機器人將被選出．因為被選出的模塊機器人正在機能上一定能知足新的事情要求，得當的點竄再所不免。因為決意模塊機器人功用的機器人拓撲關聯曾經肯定，所停止的適應性點竄僅僅是取舍得當的樞紐跟連桿模塊。轉變模塊參數后的前向計較簡單肯定新的機器人的機能，那實際上是一個優化進程，其優化的方針是使該機器人的功用跟機能與實現新使命所需的功用跟機能的不同最小．經由過程模擬失掉用戶確認的最優模塊機器人布局將作為體系的輸出，并增長到事例庫中。
正在婚配進程中若是不得當的候選者發生，則體系起首要求用戶修訂對使命的解釋，如抓緊約束或降低機能要求，以利于回調相關機器人。體系正在不克不及回調相關模塊機器人時，會向領域專家咨詢進一步的常識，以求辦理新的使命．若正在有限輪回次數后仍不克不及回調相關事例，則體系挪用綜合進程，從模塊庫中綜合新的機器人拓撲關聯。
垃圾分揀機器人定做用戶可以從3個屬性界面上對機器人功課根本使命、事情情況跟約束停止描寫。例如，一機器人正在一立體空間停止弧焊使命，焊頭Welder重為3.5kg，最大事情規模正在立體500mm×450mm的規模內，焊頭能正在X立體內偏轉，軌跡類型為接連，焊頭Welder從給定點PStart，經軌跡Path_1，到完畢面PEnd．對事情空間可以用圖形方法加以直觀界說跟顯現，對軌跡的描寫可以是數組或圖形方法．事情情況描寫次要包羅對系統坐標體系定位、相關設備、傳感器等的界說。約束條件指的是對機器人功課時其他約束，諸如對執行器的最大速率、加速度、機器人定位精度、反復精度、建造本錢、利用本錢等因素的思量。
5結束語
本文致力于依據模塊機器人概念化計劃的特色，將基于事例推理使用到模塊機器人的智能計劃中，輔助設計體系的智能化在于面向對象的常識默示跟基于常識跟事例的推理機制引入，本研討失掉香港政府研討基金委員會1996～1999年度的贊助。
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