基于多智能體技術(shù)的機(jī)器人遙控焊接系統(tǒng)研究.pdf

1、核電站的維修、空間結(jié)構(gòu)的建造以及海洋工程的建設(shè)大量應(yīng)用到了焊接技術(shù)，機(jī)器人遙控焊接技術(shù)成為代替人進(jìn)入到這些危險(xiǎn)、極限環(huán)境中執(zhí)行焊接操作的最好選擇。充分發(fā)揮操作者、機(jī)器系統(tǒng)各自的優(yōu)勢(shì)和協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各個(gè)組成部分功能的控制方法是機(jī)器人遙控焊接系統(tǒng)高效、安全運(yùn)行的關(guān)鍵。為此，本文為提高機(jī)器人遙控焊接技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的效率、魯棒性、適應(yīng)性及操作的方便性，進(jìn)行了機(jī)器人遙控焊接系統(tǒng)構(gòu)建及其控制方法的研究。
　　基于“宏觀遙控，微觀自主”的總體控制

2、策略，構(gòu)建了由焊接機(jī)器人、激光焊縫跟蹤系統(tǒng)、力覺傳感系統(tǒng)、焊接電源系統(tǒng)、離線編程系統(tǒng)、遙操作控制人機(jī)界面、平面視覺傳感系統(tǒng)和立體視覺傳感系統(tǒng)組成的機(jī)器人遙控焊接系統(tǒng)。針對(duì)機(jī)器人遙控焊接系統(tǒng)控制參數(shù)多、要求精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等導(dǎo)致的控制困難，建立了機(jī)器人遙控焊接系統(tǒng)的多智能體模型。該模型使得系統(tǒng)中各個(gè)組成具有更高的智能體水平和協(xié)作能力，從而解決了系統(tǒng)的控制難題。針對(duì)單個(gè)智能體的開發(fā)，提出了由智能體內(nèi)核、智能體功能單元組成的混合式單智能體結(jié)構(gòu)

3、。該結(jié)構(gòu)不但具有反應(yīng)型智能體快速反應(yīng)的特點(diǎn)，滿足了遙控焊接的實(shí)時(shí)性要求，而且具有慎思型智能體的自主推理、決策能力，滿足了系統(tǒng)的智能水平要求。
　　智能體內(nèi)核作為智能體的重要組成部分，是智能體開發(fā)的通用框架。從機(jī)器人遙控焊接多智能體系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)與需求出發(fā)，提出了它的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫、反應(yīng)模塊、規(guī)劃模塊、通信模塊、協(xié)作模塊各自的工作原理和開發(fā)方法，為具體智能體的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。針對(duì)機(jī)器人遙控焊接多智能體系統(tǒng)的協(xié)作需求，提出了增強(qiáng)合同網(wǎng)協(xié)議

4、。增強(qiáng)合同網(wǎng)協(xié)議在傳統(tǒng)合同協(xié)議的基礎(chǔ)上引入了招標(biāo)經(jīng)驗(yàn)庫、智能體信任度的概念，大大提高了智能體協(xié)作的效率、降低了協(xié)作的通信成本。
　　基于通用的智能體內(nèi)核，以激光跟蹤智能體為例研究了原有系統(tǒng)的智能體化方法，包括其反應(yīng)模塊規(guī)則庫和規(guī)劃模塊規(guī)則庫的建立、內(nèi)核與功能單元的連接等，最終成功開發(fā)了激光跟蹤智能體。開發(fā)了系統(tǒng)管理智能體，重點(diǎn)研究了其協(xié)作模塊的開發(fā)，包括任務(wù)分解規(guī)則庫、招標(biāo)經(jīng)驗(yàn)庫以及基于增強(qiáng)合同網(wǎng)協(xié)議的招標(biāo)過程。在此基礎(chǔ)上，舉例說

5、明了機(jī)器人遙控焊接多智能體系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)理。
　　焊接機(jī)器人智能體的開發(fā)采用首先開發(fā)開放式弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)，然后進(jìn)行智能體化的方法來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于開放式弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)的開發(fā)，提出了由PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡、IPC和SANYO交流伺服單元構(gòu)成的開放式焊接機(jī)器人控制器的硬件結(jié)構(gòu)。根據(jù)焊接作業(yè)對(duì)位置、速度以及平穩(wěn)性控制的要求，實(shí)現(xiàn)了以位置環(huán)為外環(huán)，電流環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度環(huán)位于中間的三環(huán)伺服控制。在Visual C++環(huán)境下采用PComm32PR

6、O動(dòng)態(tài)鏈接庫、多文檔模板技術(shù)、動(dòng)態(tài)菜單技術(shù)，開發(fā)了包含運(yùn)動(dòng)控制模塊、在線指令模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊、運(yùn)動(dòng)程序模塊的機(jī)器人控制軟件。運(yùn)動(dòng)控制模塊是整個(gè)軟件的核心，首先基于D-H表示法建立了機(jī)器人的坐標(biāo)系，建立了其正運(yùn)動(dòng)學(xué)、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，軌跡插補(bǔ)算法；然后基于PMAC編程語言開發(fā)了對(duì)應(yīng)于關(guān)節(jié)、世界、工具坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)程序和PTP、直線、圓弧插補(bǔ)程序并固化在PMAC中。為了實(shí)現(xiàn)外部設(shè)備與機(jī)器人的統(tǒng)一接口，開發(fā)了混合式弧焊機(jī)器人語言；同時(shí)也開發(fā)了混合

7、式弧焊機(jī)器人語言到PMAC語言的編譯系統(tǒng)，為混合式弧焊機(jī)器人語言程序能在PMAC中進(jìn)行運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。基于焊接機(jī)器人調(diào)試以及實(shí)際操作的需要，開發(fā)了以ICOP-6052V單板機(jī)為核心的弧焊機(jī)器人示教編程器。最終構(gòu)建了開放式弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)。通過內(nèi)部數(shù)據(jù)庫、反應(yīng)模塊、規(guī)劃模塊等的開發(fā)最終實(shí)現(xiàn)焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)的智能體化，成功開發(fā)了焊接機(jī)器人智能體。
　　為了驗(yàn)證本文開發(fā)的遙控焊接多智能體系統(tǒng)的可行性和優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行了實(shí)際的遙控焊接實(shí)驗(yàn)，