基于多智能体技术的机器人遥控焊接系统研究

论文摘要

核电站的维修、空间结构的建造以及海洋工程的建设大量应用到了焊接技术,机器人遥控焊接技术成为代替人进入到这些危险、极限环境中执行焊接操作的最好选择。充分发挥操作者、机器系统各自的优势和协调系统中各个组成部分功能的控制方法是机器人遥控焊接系统高效、安全运行的关键。为此,本文为提高机器人遥控焊接技术在实际应用中的效率、鲁棒性、适应性及操作的方便性,进行了机器人遥控焊接系统构建及其控制方法的研究。基于“宏观遥控,微观自主”的总体控制策略,构建了由焊接机器人、激光焊缝跟踪系统、力觉传感系统、焊接电源系统、离线编程系统、遥操作控制人机界面、平面视觉传感系统和立体视觉传感系统组成的机器人遥控焊接系统。针对机器人遥控焊接系统控制参数多、要求精度高、实时性强等导致的控制困难,建立了机器人遥控焊接系统的多智能体模型。该模型使得系统中各个组成具有更高的智能体水平和协作能力,从而解决了系统的控制难题。针对单个智能体的开发,提出了由智能体内核、智能体功能单元组成的混合式单智能体结构。该结构不但具有反应型智能体快速反应的特点,满足了遥控焊接的实时性要求,而且具有慎思型智能体的自主推理、决策能力,满足了系统的智能水平要求。智能体内核作为智能体的重要组成部分,是智能体开发的通用框架。从机器人遥控焊接多智能体系统的实际特点与需求出发,提出了它的内部数据库、反应模块、规划模块、通信模块、协作模块各自的工作原理和开发方法,为具体智能体的开发奠定了基础。针对机器人遥控焊接多智能体系统的协作需求,提出了增强合同网协议。增强合同网协议在传统合同协议的基础上引入了招标经验库、智能体信任度的概念,大大提高了智能体协作的效率、降低了协作的通信成本。基于通用的智能体内核,以激光跟踪智能体为例研究了原有系统的智能体化方法,包括其反应模块规则库和规划模块规则库的建立、内核与功能单元的连接等,最终成功开发了激光跟踪智能体。开发了系统管理智能体,重点研究了其协作模块的开发,包括任务分解规则库、招标经验库以及基于增强合同网协议的招标过程。在此基础上,举例说明了机器人遥控焊接多智能体系统的执行机理。焊接机器人智能体的开发采用首先开发开放式弧焊机器人控制系统,然

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 机器人遥操作技术发展概述
• 1.3 机器人遥控焊接技术国内外研究现状
• 1.3.1 国外机器人遥控焊接技术研究现状
• 1.3.2 国内机器人遥控焊接技术研究现状
• 1.4 多智能体系统研究现状
• 1.4.1 智能体
• 1.4.2 多智能体系统
• 1.4.3 多智能体系统的通信
• 1.4.4 多智能体系统的协调与协作
• 1.4.5 多智能体系统在制造领域的应用
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 机器人遥控焊接系统及多智能体建模
• 2.1 机器人遥控焊接系统的硬件结构
• 2.1.1 “宏观遥控，微观自主”的总体控制策略
• 2.1.2 机器人遥控焊接系统的硬件结构
• 2.2 各子系统的功能及工作原理
• 2.2.1 激光焊缝跟踪系统
• 2.2.2 视觉系统
• 2.2.3 六维力觉传感系统
• 2.2.4 焊接电源系统
• 2.2.5 离线编程系统
• 2.2.6 遥操作人机交互界面
• 2.3 机器人遥控焊接系统的工作过程
• 2.4 TRWS的多智能体技术建模
• 2.4.1 多智能体技术的优势
• 2.4.2 TRWS的MAS建模
• 2.5 混合式智能体结构
• 2.5.1 智能体结构类型
• 2.5.2 TRWS的混合式智能体结构
• 2.6 本章小结
• 第3章 智能体内核及原有系统智能体化
• 3.1 智能体内部数据库
• 3.2 通信模块
• 3.2.1 智能体通信模型
• 3.2.2 传输层
• 3.2.3 通信层
• 3.3 反应模块与规划模块
• 3.4 增强合同网协议与协作模块
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 传统合同网协议
• 3.4.3 增强合同网协议
• 3.4.4 协作模块
• 3.5 原有系统智能体化
• 3.5.1 内部数据库
• 3.5.2 通信模块
• 3.5.3 反应模块与规划模块
• 3.5.4 协作模块
• 3.6 系统管理智能体
• 3.6.1 内部数据库与功能单元
• 3.6.2 协作模块
• 3.7 机器人遥控焊接多智能体系统的运行
• 3.7.1 运行机制
• 3.7.2 运行实例
• 3.8 本章小结
• 第4章 焊接机器人智能体研究
• 4.1 机器人控制器的硬件结构
• 4.1.1 关节驱动单元
• 4.1.2 计算单元
• 4.1.3 PMAC运动控制卡
• 4.1.4 机器人控制器的硬件结构
• 4.2 弧焊机器人的伺服控制
• 4.2.1 弧焊机器人的控制要求
• 4.2.2 伺服控制
• 4.3 控制软件的开发
• 4.3.1 控制软件的结构
• 4.3.2 运动控制模块的开发
• 4.3.3 在线指令模块的开发
• 4.3.4 状态监控模块的开发
• 4.3.5 运动程序模块的开发
• 4.4 混合式弧焊机器人语言及其编译解释系统
• 4.4.1 机器人语言概述
• 4.4.2 混合式弧焊机器人语言
• 4.4.3 HAWRL编译解释系统
• 4.4.4 HAWRL程序及编译实例
• 4.5 机器人示教编程器的研究
• 4.5.1 示教编程器的硬件设计
• 4.5.2 示教编程器的软件设计
• 4.5.3 机器人控制软件示教编程接口模块的设计
• 4.6 焊接机器人系统的智能体化
• 4.6.1 内部数据库
• 4.6.2 反应模块与规划模块
• 4.7 本章小结
• 第5章 TRWMAS的实验
• 5.1 TRWMAS的遥控焊接实验
• 5.1.1 实验环境
• 5.1.2 简单直线焊缝的遥控焊接实验
• 5.1.3 复杂曲线焊缝的遥控焊接实验
• 5.1.4 半结构化环境中的遥控焊接实验
• 5.2 基于MAS和基于传统分布式控制的TRWS对比实验
• 5.2.1 基于传统分布式控制的机器人遥控焊接系统
• 5.2.2 实验过程及结果
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历