熔化焊机器人焊接专家系统

：专家系统的出现是人工智能在实际应用中最引人注目的成果,也是人工智能最活跃或最富有成效的研究领域。介绍了专家系统的原理和结构,重点论述了专家系统的发展历程、与先进技术相结合的发展趋势和新型专家系统特点,对专家系统的应用领域进行了讨论。

第24卷第5期2002年9月

文章编号:1002-0446(2002)05-0456-03

机器人　ROBOT

Vol.24,No.5　Sept.,2002

熔化焊机器人焊接专家系统

姚河清　王运东

(河海大学机电工程学院　常州　210032)

摘　要:本文在MESSERIGM公司生产的Tri-2000弧焊机器人上,利用VisualC++6.0开发出了熔化焊机器人焊接专家系统.该系统沿用常用专家系统的开发方法,采用分层推理,最终将机器人所需焊接工艺参数直接传送给机器人控制器,较好地实现了专家系统和弧焊机器人的结合.

关键词:专家系统;弧焊机器人;熔化焊;VisualC++中图分类号:　TP24　　　　文献标识码:　B

GMAWWELDINGEXPERTSYSTEMFORARCWELDINGROBOT

YAOHe-qing　WANGYun-dong

(CollegeofMechanical&ElectricalEngineering,HehaiUniversityChangzhou　213022)

　Abstract:ThispaperdevelopsGMAWweldingexpertsystemforTri-2000ArcWeldingRobotproducedby

MESSERIGMCo.withVisualC++http://ingcommonmethodsforconstructingexpertsystemandreasoningbystep,thesystemrealizescombinationofexpertsystemandarcweldingrobotbytransferringweldingprocesspa-rameterstotherobotcontrolcabinet.

　Keywords:expertsystems,arcweldingrobot,GMAW,VisualC++

1　引言(Introduction)

机器人焊接及其相应的柔性制造系统应用是我国传统焊接生产现代化改造最重要的发展方向之一.随着我国加入WTO及工业生产水平的高速发展,劳动力成本提高,焊接机器人设备成本降低.激烈的国际竞争要求焊接质量愈来愈高,产品的个性化要求提高,产品的更新换代速度越来越快,小批量、多品种会成为现代工业生产的新特点.焊接生产与其它机械加工方法相比,其工艺的复杂程度要大得多,不同产品焊接的工艺差异很大,不同材料、不同结构、不同接头形式、不同焊接位置、不同的焊接质量要求等都要求不同的焊接工艺.这使得焊接工艺的制定过程比较复杂.除了具有一般工艺制定规则以外,还必须配合相应的工艺实验对制定的工艺进行验证,以及一整套严格的工艺评定标准.采用机器人焊接工艺专家系统,在制定焊接工艺过程中可减少或取消工艺实验,同时结合确定的焊接机器人应用范围设计专家系统,一方面可降低专家系统的

设计难度,提高应用的可靠性,同时可将专家系统直接和机器人联机使用,充分利用机器人所具有的各种性能和功能.

2　应用焊接机器人系统介绍(Introduction

ofappliedweldingrobotsystem)

系统所应用的机器人为奥地利MESSERIGM公司生产的Tri-2000弧焊机器人.如图1所示.该系统主要包括:机器人操作机、变位器、控制器、焊接系统(专用焊接电源、焊接供气系统、焊枪等)、焊接传感器、中央控制计算机和相应的安全设备等.它采用交流伺服驱动及独特的过程控制,保证了整个系统的高速度动态性能及精确的跟踪.RTI2000机械手的路径控制采用与电机同轴的绝对编码器,所有各轴的位置可以随机存储,无需校正.控制系统采用奔腾处理器及全数字式信号通讯.Tri-2000弧焊机器人为全数字化控制机器人,机械手、控制柜和滑轨系统的控制和定位实现全数字化控制,

：专家系统的出现是人工智能在实际应用中最引人注目的成果,也是人工智能最活跃或最富有成效的研究领域。介绍了专家系统的原理和结构,重点论述了专家系统的发展历程、与先进技术相结合的发展趋势和新型专家系统特点,对专家系统的应用领域进行了讨论。

第24卷第5期姚河清等:　熔化焊机器人焊接专家系统

457

系统通过INTERBUS-S和HEAD总线进行数据交换(如图2所示),数据处理速度更快,且不受任何环境的电、磁场干扰.焊接控制器由微处理器及外围接

口芯片组成,可根据预定的焊接监控程序,完成焊接参数输入、焊接程序控制及焊接系统故障自诊断,并实现与本地计算机及控制盒的通讯

.

图1　弧焊机器人系统总体框架(所有数据均通过数字总线进行交换)

Fig.1　Theframeofarcweldingrobotsystem

利用MFCDAO封装的几个数据库操作类实现对知

识库和综合数据库的管理和维护.开发出的系统人机界面友好,操作简单.3.2　系统的总体框架

熔化焊机器人焊接专家系统如图3所示.

图2　焊接机器人控制系统结构原理图

Fig.2　Theprinciplechartofarcweldingrobotcontrolsystem

3　焊接机器人专家系统的开发(Developmentof

expertsystemforarcweldingrobot)

3.1　开发环境的选择[1]

专家系统的开发环境可以采用传统的人工智能专用语言(如Lisp、Prolog等)来进行开发,但由于这些智能语言在时空开销、运行效率、移植性、过程性、实现方便性等方面受到局限,很多情况下难以满足实际应用的需要.而采用面向对象技术的C++语言,由于其计算和字符处理能力强,可移植性好,程序代码优化,开发效率高,采用面向对象技术使得软件的开发过程更接近人类的思维活动,现已发展成为主流的程序设计语言,被广泛应用于系统程序设计及系统软件开发等方面.本文所开发的机器人焊

图3　系统功能模块

Fig.3　Moduleofsystemfunction

系统通过人机接口,根据知识库、综合数据库及推理机实现专家系统,推理出合适的焊接工艺参数和规范参数,并把相关的参数通过通讯模块传给弧焊机器人,由机器人的控制器进行参数的在线调整,实现将专家系统和机器人的有机结合,充分发挥专家系统和机器人的双重优势.3.3　知识的表示[2]

该专家系统的知识表示采用基于规则的产生式表示法,产生式表示通常用于表示具有因果关系的知识,其基本形式是

IF　P　THEN　Q

,

：专家系统的出现是人工智能在实际应用中最引人注目的成果,也是人工智能最活跃或最富有成效的研究领域。介绍了专家系统的原理和结构,重点论述了专家系统的发展历程、与先进技术相结合的发展趋势和新型专家系统特点,对专家系统的应用领域进行了讨论。

458

　　　　机　器　人2002年9月

可用的条件;Q是一组结论或操作,用于指出当前提P所指示的条件被满足时,应该得出的结论或应执行的操作.

3.4　推理机设计

所谓推理是指依据一定的原则从已有的事实推出结论的过程,按推理方向可把推理分为正向推理、反向推理和混合推理.系统采用正向推理技术,即根据焊接母材的类型、牌号、厚度和焊接接头类型,并结合相应的工艺参数如焊接方法、焊接位置等,分层次进行推理,并通过友好的图形用户界面给出系统的推理值.如用户需对数据进行调整,只需将相应的数值输入到对应的编辑框内即可,修改后的值将作为新的工艺被加入到知识库中,使知识库得到扩充.

推理过程为:根据用户提供的焊接原始参数,从规则库中选出一条规则,取出该规则的前提条件,询问数据库中有无相应事实,完成事实和前提的合一替换后,将替换的结果应用于规则的结论,断言结果,并把它应用于进一步的推理.系统循环执行以上过程,直到最终问题得到求解或无可用规则为止.

为了提高系统的推理搜索效率,系统首先根据焊接母材的类型分类,然后再针对不同的焊接接头形式细分,构建出一个层次型的规则库.这样不仅利于知识库的管理、方便知识库的维护,而且缩小了搜索范围,提高了推理效率.

3.5　在线规划的实现

焊接机器人工艺专家系统在线规划的实现,主要通过机器人控制器来实现.Tri-2000弧焊机器人为全数字化控制机器人,支持各种PC接口,系统通过串行口将数据传给机器人控制器,将专家系统的结果嵌入到机器人控制器软件中,从而实现焊接工艺的在线规划.3.6　解释系统

解释部分是对推理机制的完善,当用户对推理出的结论存在异议,或者想了解系统是如何得到当前结论的,系统应能给出推理的依据,进行相应的解释.本系统采用跟踪推理的方法,追踪系统得出结论所使用的规则,经过处理,以自然语言的方式给出相应的解释.3.7　系统维护

[3,5]

[4]

[2]

CDaoTableDef类、CDaoQureyDef类和CDaoRe-cordset类等.这些已封装好的类,实现了利用DBMS(DataBaseManagementSystem)来管理知识库.

4　系统运行(Runningofsystem)

焊接机器人工艺专家系统工艺设计部分采用类似一般软件安装向导的方式来实现,即系统把用户要输入的原始参数和需推理出的焊接工艺规范参数,按照焊接工艺制定的步骤分为几个窗体显示.当用户点击“下一步”时,即给出工艺制定过程中需要用户进一步提供的初始条件.用户参数输入完成后,点击“下一步”,系统进行推理,并将推理出的参数,包括接头的坡口型式及其参数、焊丝直径、气体流量、焊接工艺及其参数等,在新的窗体中显示.若用户对系统推理出的部分参数值不满意,可在对应的组合框或编辑框中进行另选或修改,系统将修改后的值保存,并作为新的工艺加入到相应的库中,使知识库得到扩充.当用户完成工艺的制定后,可通过通讯窗体模块,将有关的参数传给弧焊机器人,实现工艺的在线规划.图4(略)为系统在工艺设计过程中参数输入和推理结果显示的两个界面.

5　结论(Conclusion)

本文针对MESSERIGM公司生产的Tri-2000弧焊机器人,利用VisualC++6.0开发了熔化焊工艺专家系统.该系统实现了焊接工艺参数的在线调整,并可解释推理出的规范参数,同时将数据库技术引入到专家系统开发中,实现了对大量数据和知识的存储及管理,并采用流行的图形用户界面开发方法,开发出的系统人机界面良好,接口友善.使操作者无需具备很强的专业知识,即可一步步完成相应的焊接工艺设计.

参考文献　(References)

[1]程慧霞等.用C++建造专家系统.电子工业出版社,1996[2]王永庆.人工智能原理与方法.西安交通大学出版社,1998[3]李博轩.VisualC++6.0数据库开发指南.清华大学出版社,

2000

[4]石运杰等.焊接工艺在线规划专家系统.机器人.1998,(3)[5]程瑞琪.用C++开发专家系统的一种新方法.小型微型计算机

系统.1999,(3)

系统维护包括知识的获取、知识库的更新和维护等.对知识和知识库的操作是利用MFCDAO技术操作相应数据库来实现的.MFCDAO提供的用来操作数据库封装的类包括:CDaoDatabase类、

作者简介:

　姚河清(1951-),男,硕士,副教授.研究领域:焊接自动化.　王运东(1978-),男,在读研究生.研究领域:焊接自动化.