分布式多机器人技术在液压船台小车系统中的应用

摘要

在中国,随着造船工业的迅猛发展,由于技术落后,造船设备远远不能满足造船业的要求.其中在造船过程中一种专门用于平地移动船体的造船设备——液压船台小车的各项性能对造船业效率、造船工艺水平以及安全性起到了至关重要的作用,多个船台小车形成的分布式多机器人系统的智能化程度直接关系到船体的焊接精度和效率.但是国内船台小车各项功能存在缺陷,柔性化程度与自动化程度很低导致工人劳动工作量大、操作复杂,最终导致移船效率极低.虽然国内外学者对于分布式多机器人系统的研究很多,但用于船台小车系统的研究几乎没有.分布式人工智、Agent、现场总线技术以及PLC控制系统等理论的发展为我们研制船台小车系统提供了理论基础.该文就是针对中国液压船台小车存在的问题——柔性化程度和自动化程度低,把现场总线技术、可编程控制以及PLC集散控制原理用于分布式多机器人系统(即船台小车系统)的设计,提出了一个基于现场总线技术的PLC集散控制系统的总体方案,将其分为负载控制单元、小车运动控制单元以及小车的定位控制单元三部分加以解决.为了解决船台小车系统控制自动化和智能化程度不高的缺点,还提出一种基于多Agent的智能船台小车进化控制系统的构想,并设计出其硬件结构.该文主要分为几个主要部分:1、负载控制单元:为了解决在船台小车移动过程中由于地面的不平造成负载的变化和转移,导致船台小车的油压的变化和转移,造成移船时的超压、失压的问题,设计了一种配以压力传感器的液压控制系统,通过传感器检测船台小车所分担承受的压力值的大小,控制油泵输油来调节上油顶升的高度来解决船台小车的负载均衡问题.2、小车的运动控制单元:为了提高船台小车的柔性化程度,通过由控制计算机、可编程序控制器对小车驱动电动机的控制,使得船台小车能在工作场地的二维平面中任意运动,而且可以使多台船台小车同步运动,使其可以在场地内按照实际工作的需要,按照操作人员规定的轨迹路线行进.3、定位控制单元:为了解决由于小车轮子打滑以及在工作场内实现的任意运动所造成的位置定位困难,提高船体对接的精度,采用视觉系统全局定位、指南机构及光电编码器方位定位、超声波测距定位等方法,实现了对工作场地中船台小车的位置定位,能得到工作中的船台小车的位置坐标,使得船台小车的运动处于操作人员的实时监控之下.4、传感系统的选择:选择了方案设计中用到的各种传感器的类型、型号,完成了PIC的选型,完成了基于现场总线技术的控制系统,给出了负载控制、运动控制、定位控制这三个控制单元中的PLC控制部分.5、基于多Agent的智能船台小车进化控制系统:利用分布式人工智能(DAI)中的重要理论——Agent理论,设计出一种基于多Agent的智能船台小车进化控制系统及其硬件结构,提高了船台小车这个分布式多机器人系统的自动化和智能化程度.在最后,通过实际的项目,应用基于现场总线技术的PLC集散控制系统的总体方案完成了对船台小车的制造,并进行了各项功能的测试,实验结果表明该系统各项功能以及各项参数完全符合该项目的要求.