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、焊接技術在國民經(jīng)濟建設和社會發(fā)展中發(fā)揮著無可替代的重要作用。在核電站設備修復、海洋工程的水下施工和海底管道的維修、空間站建設和維護等極限環(huán)境中需要執(zhí)行焊接任務時，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，利用遠端遙操作機器人等裝備代替操作者完成焊接任務。本文針對核環(huán)境管道維修任務，提出基于管道替換維修方案的機器人遙控焊接系統(tǒng)集成方法，利用多智能體技術完成管道裝配、焊接等任務，為遙控焊接技術在極限環(huán)境管道維修領域的實

2、際應用奠定基礎。
　　根據(jù)核環(huán)境管道服役特點，設計了“以新替舊”的管道維修方案。針對遙控焊接任務，對現(xiàn)有遙控焊接技術進行集成，建立了機器人多智能體系統(tǒng)框架。利用多智能體技術，對原有遙控焊接子系統(tǒng)進行了智能體封裝，根據(jù)不同子系統(tǒng)在遙控焊接中的作用特點，分別封裝為：復合型智能體、反應型智能體、慎思型智能體、基于效果的智能體和基于目標的智能體。對智能體進行了內(nèi)部數(shù)據(jù)庫的設計，并采用黑板通信機制，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)，進行了智能體集成的總體設計，根據(jù)遙控焊接的特點，對功能交叉的智能體進行聯(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)智能體的評價根據(jù)智能體聯(lián)盟策略的效用劃分算法進行計算。
　　根據(jù)機器人多智能體系統(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器人通用轉(zhuǎn)換接口。采用模塊化的設計方法，進行管道焊接設備設計，分為機械傳動模塊、氣動夾緊

4、模塊和焊槍微調(diào)模塊。通用轉(zhuǎn)換接口由自適應接口盤、與機器人腕部相連的主動端口、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系，實現(xiàn)了焊接過程中弧長的穩(wěn)定控制。對管道遙控焊接智能體進行了封裝，將全位置管道焊接裝置封裝為慎思型智能體；對智能體內(nèi)核賦予知識，通過網(wǎng)絡通訊實現(xiàn)智能體之間的連接，并設計了人機操作界面。
　　根據(jù)多智能體的協(xié)調(diào)技術和遙控焊接的特點，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，為智能體的運作、協(xié)調(diào)和通信提供了平臺，同時，這種軟件層次的設計為操作者智能體融入系統(tǒng)提供了友好的人機接口和界面。
　　對遙控焊接多智能體系統(tǒng)的冗余性進行分析，提出基于多智能體協(xié)作合同網(wǎng)技術的智能體競爭機制，給出智能體協(xié)作合同網(wǎng)算法。采用基于人機交互的模糊評價算法進行智能體能力的評價，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)驗庫中。為了進行多智能體運作過程的監(jiān)督和記錄，建立了測

6、試模塊，并將測試模塊集成在中央管理智能體的人機交互界面上，便于進行記錄。由于測試模塊設計的獨立性，可將其任意集成在其它智能體的封裝界面上，并可針對不同的測試過程和目的進行改進，使其測試過程操作方便。
　　設計了任務管理智能體，能夠?qū)附訄?zhí)行過程中的任務進行分解?？傮w任務可以劃分為若干子任務，每個子任務又可再繼續(xù)劃分為子子任務，使得復雜的任務簡單化。提出直接分配、委托分配和競價分配的任務分配策略，為任務、子任務、子子任務等分配可用智

7、能體資源。利用慎思型智能體封裝技術，對任務管理智能體進行封裝，并設計了任務智能體的聯(lián)盟和人機交互界面。
　　智能體功能的完善性是保證智能體系統(tǒng)進行正常工作的基礎，針對管道遙控焊接智能體進行了焊槍旋轉(zhuǎn)同心度、焊槍調(diào)節(jié)、焊槍性能等一系列實驗。實驗結(jié)果表明，管道全位置焊接設備能夠完成小口徑管道的全位置自動焊接，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自動遙操作和手動主從式智能體聯(lián)盟。針對遙控焊接任務中

8、的遙操作機器人與焊接工具連接過程，驗證了智能體聯(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價智能體聯(lián)盟的執(zhí)行效果。針對管道裝配過程，對主從遙操作的主手硬件冗余性協(xié)調(diào)進行了驗證，實驗結(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、定量測量結(jié)果和操作者的經(jīng)驗都能在智能體經(jīng)驗庫中得以體現(xiàn)。
　　利用機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驗，包括全位置管道焊接智能體與遙操作機器人智能體的對接操作