面向核環(huán)境管道維修的多智能體遙控焊接系統(tǒng)研究.pdf

1、焊接技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著無可替代的重要作用。在核電站設(shè)備修復(fù)、海洋工程的水下施工和海底管道的維修、空間站建設(shè)和維護(hù)等極限環(huán)境中需要執(zhí)行焊接任務(wù)時(shí)，由于核輻射、水下壓力、缺氧、微重力等因素，需要采用遙控焊接技術(shù)，利用遠(yuǎn)端遙操作機(jī)器人等裝備代替操作者完成焊接任務(wù)。本文針對(duì)核環(huán)境管道維修任務(wù)，提出基于管道替換維修方案的機(jī)器人遙控焊接系統(tǒng)集成方法，利用多智能體技術(shù)完成管道裝配、焊接等任務(wù)，為遙控焊接技術(shù)在極限環(huán)境管道維修領(lǐng)域的實(shí)

2、際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
　　根據(jù)核環(huán)境管道服役特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了“以新替舊”的管道維修方案。針對(duì)遙控焊接任務(wù)，對(duì)現(xiàn)有遙控焊接技術(shù)進(jìn)行集成，建立了機(jī)器人多智能體系統(tǒng)框架。利用多智能體技術(shù)，對(duì)原有遙控焊接子系統(tǒng)進(jìn)行了智能體封裝，根據(jù)不同子系統(tǒng)在遙控焊接中的作用特點(diǎn)，分別封裝為：復(fù)合型智能體、反應(yīng)型智能體、慎思型智能體、基于效果的智能體和基于目標(biāo)的智能體。對(duì)智能體進(jìn)行了內(nèi)部數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，并采用黑板通信機(jī)制，基于TCP/IP協(xié)議的局域網(wǎng)，選擇WinS

3、ock作為編程接口，實(shí)現(xiàn)了智能體之間的通信。為了多智能體系統(tǒng)的組織和協(xié)調(diào)，進(jìn)行了智能體集成的總體設(shè)計(jì)，根據(jù)遙控焊接的特點(diǎn)，對(duì)功能交叉的智能體進(jìn)行聯(lián)盟組織，形成了分層組織的智能體結(jié)構(gòu)體系。智能聯(lián)盟內(nèi)智能體的評(píng)價(jià)根據(jù)智能體聯(lián)盟策略的效用劃分算法進(jìn)行計(jì)算。
　　根據(jù)機(jī)器人多智能體系統(tǒng)框架，建立了專用于小口徑管道全位置焊接的管道遙控焊接智能體和遙操作機(jī)器人通用轉(zhuǎn)換接口。采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行管道焊接設(shè)備設(shè)計(jì)，分為機(jī)械傳動(dòng)模塊、氣動(dòng)夾緊

4、模塊和焊槍微調(diào)模塊。通用轉(zhuǎn)換接口由自適應(yīng)接口盤、與機(jī)器人腕部相連的主動(dòng)端口、與作業(yè)工具相連接的被接端口、電連接器、氣路接口五部分組成。利用電弧電壓與電弧長度之間良好的線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了焊接過程中弧長的穩(wěn)定控制。對(duì)管道遙控焊接智能體進(jìn)行了封裝，將全位置管道焊接裝置封裝為慎思型智能體；對(duì)智能體內(nèi)核賦予知識(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)智能體之間的連接，并設(shè)計(jì)了人機(jī)操作界面。
　　根據(jù)多智能體的協(xié)調(diào)技術(shù)和遙控焊接的特點(diǎn)，建立了中央管理智能體。中央管理

5、智能體屬于軟件智能體，為智能體的運(yùn)作、協(xié)調(diào)和通信提供了平臺(tái)，同時(shí)，這種軟件層次的設(shè)計(jì)為操作者智能體融入系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)接口和界面。
　　對(duì)遙控焊接多智能體系統(tǒng)的冗余性進(jìn)行分析，提出基于多智能體協(xié)作合同網(wǎng)技術(shù)的智能體競爭機(jī)制，給出智能體協(xié)作合同網(wǎng)算法。采用基于人機(jī)交互的模糊評(píng)價(jià)算法進(jìn)行智能體能力的評(píng)價(jià)，將智能體的執(zhí)行效率、執(zhí)行結(jié)果和操作者的意見通過去模糊化處理，存貯在智能體經(jīng)驗(yàn)庫中。為了進(jìn)行多智能體運(yùn)作過程的監(jiān)督和記錄，建立了測(cè)

6、試模塊，并將測(cè)試模塊集成在中央管理智能體的人機(jī)交互界面上，便于進(jìn)行記錄。由于測(cè)試模塊設(shè)計(jì)的獨(dú)立性，可將其任意集成在其它智能體的封裝界面上，并可針對(duì)不同的測(cè)試過程和目的進(jìn)行改進(jìn)，使其測(cè)試過程操作方便。
　　設(shè)計(jì)了任務(wù)管理智能體，能夠?qū)附訄?zhí)行過程中的任務(wù)進(jìn)行分解?？傮w任務(wù)可以劃分為若干子任務(wù)，每個(gè)子任務(wù)又可再繼續(xù)劃分為子子任務(wù)，使得復(fù)雜的任務(wù)簡單化。提出直接分配、委托分配和競價(jià)分配的任務(wù)分配策略，為任務(wù)、子任務(wù)、子子任務(wù)等分配可用智

7、能體資源。利用慎思型智能體封裝技術(shù)，對(duì)任務(wù)管理智能體進(jìn)行封裝，并設(shè)計(jì)了任務(wù)智能體的聯(lián)盟和人機(jī)交互界面。
　　智能體功能的完善性是保證智能體系統(tǒng)進(jìn)行正常工作的基礎(chǔ)，針對(duì)管道遙控焊接智能體進(jìn)行了焊槍旋轉(zhuǎn)同心度、焊槍調(diào)節(jié)、焊槍性能等一系列實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，管道全位置焊接設(shè)備能夠完成小口徑管道的全位置自動(dòng)焊接，可滿足遙控焊接系統(tǒng)的要求。
　　根據(jù)多智能體系統(tǒng)遙操作策略建立了PTP自動(dòng)遙操作和手動(dòng)主從式智能體聯(lián)盟。針對(duì)遙控焊接任務(wù)中

8、的遙操作機(jī)器人與焊接工具連接過程，驗(yàn)證了智能體聯(lián)盟的冗余性競爭協(xié)調(diào)性，利用執(zhí)行效率和執(zhí)行過程中力和力矩的變化評(píng)價(jià)智能體聯(lián)盟的執(zhí)行效果。針對(duì)管道裝配過程，對(duì)主從遙操作的主手硬件冗余性協(xié)調(diào)進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中央管理智能體能夠記錄智能體的執(zhí)行效果，執(zhí)行效率、定量測(cè)量結(jié)果和操作者的經(jīng)驗(yàn)都能在智能體經(jīng)驗(yàn)庫中得以體現(xiàn)。
　　利用機(jī)器人多智能體遙控焊接系統(tǒng)完成了管道維修遙控焊接實(shí)驗(yàn)，包括全位置管道焊接智能體與遙操作機(jī)器人智能體的對(duì)接操作