本书以无人变电站移动巡检机器人为应用对象,运用软件人理论方法进行虚叔软件人与实体机器人平行进化与协同智能仿真的研究:一方面,利用虚拟软件人为实体机器人建立软件模型,充分发挥软件人的拟人特性,构建软件人和机器人协同交互、融合共生的平行系统,通过软件人和机器人平行进化的智能算法实现软件人和机器人在线、实时、自动平行进化,并在运行过程中提高机器人的性能;另一方面,利用软件人运行平台的高处理能力完成在机器人嵌入式系统中无法完成的些智能算法,实现对实体机器人的实时作业进行并行、在线、实时仿真。通过软件人和机器人的协同交互、平行进化来廷伸、扩展机器人的功能和安全特性,进一步提升无人变电站移动巡检机器人的智能化、柔性化、实用化水平,为特种机器人控制研究探索一种新的途径。
前 言
电力对国民经济的发展有着极其重要的基础支撑作用。随着科技的进步,大机组、大容量的变电站正逐步向无人值守方向发展,采用机器人对无人值守环境下的设备进行自动巡检就显得极其重要。本书所述机器人来源于北京市电力科技项目“无人变电站自动化系统主辅一体化监控”中成功研制的电力巡检机器人。在此基础之上,在国家自然科学基金项目“软件人和机器人平行进化与协同智能仿真研究(6117013)”、国家高技术发展计划863项目“基于软件人的分布式构件系统动态演化技术研究(2009AA01Z119)”、北京市教委人才强教计划项目“机器人和软件人平行进化系统研究(PHR201008242)”等的资助下,把软件人所具备的更全面的拟人智能、行为及功能移植到机器人的控制系统当中,提升电力巡检机器人的环境感知、动态决策与规划能力,使之真正成为能实现自动化作业、智能化监控、科学化决策的变电站智能巡视系统。
本书中的主要内容如下:
1)提出了机器人和软件人平行进化、智能协调、协同仿真系统的总体方案,建立了两级大系统的多层状态空间模型,进行了大系统的体系结构设计,构建了机器人和软件人的两级平行系统:协调管理级(上级)ー-监控软件人与机器人平行系统,局部控制级(下级)ー一控制软件人与机器人平行系统。
2)提出了机器人和软件人的平行进化方法与实现技术,给出了平行进化的流程图,建立了平行进化过程的多重广义算子模型,给出了基于广义算子模型的平行进化的Q学习算法,进行了平行进化应用软件设计与编程,实现了移动机器人和软件人在线、实时的平行进化,可在运行过程中不断提高机器人的性能。
3)提出了机器人和软件人的智能协调方法与实现技术,通过在线、实时互动智能通信,在管理、控制两级,实现了机器人和软件人的智能协调,给出了两级任务协调、资源协调方法,可进行在线、实时的动态协调,并提高机器人自学习、自适应自协调的智能水平。
4)提出了机器人和软件人协同仿真的方法与实现技术,给出了协同智能仿真的广义逻辑表达式模型,建立了机器人和软件人协同智能仿真平台,进行了机器人和软件人协同智能仿真实验,验证了上述总体方案、平行进化、智能协调方法与技术的合理性、有效性。
5)提出了机器人和软件人互动智能通信的方法与实现技术,给出了互动智能通信的平行协同通信模型、无线传输优化方法,实现了机器人和软件人的无线、实时、互动通信。
6)基于上述研究成果,开发了“无人变电站巡检机器人智能监控系统”,并成功应用于北京市电力网无人变电站监控,取得了显著的示范工程应用效果。
本书所述的研究成果为机器人提供了平行进化、智能协调、协同仿真、互动通信的新方法、新技术,可提高移动机器人控制、管理、设计、维护的性能,有助于提高无人变电站巡检机器人监控系统的自动化、智能化水平。
本书的出版得到了北京工商大学计算机与信息工程学院的大力支持,本书第章的整理编辑及第二章的机械手臂控制内容得到了北京工商大学魏伟老师的大力帮助,再次表示衷心感谢
最后,对于长期支持本书出版的导师涂序彦教授和夫人汪老师、导师曾广平教授致以崇高的敬意和衷心的感谢!向本文所引用的国内外参考文献的各位作者们表示诚挚的谢意。
