冗余自由度弧焊系統(tǒng)作業(yè)規(guī)劃方法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、焊接是當(dāng)代加工制造業(yè)中最重要的組成部分。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，冗余自由度弧焊系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。利用其冗余特性可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人避障礙物、避奇異位形、防止關(guān)節(jié)運(yùn)動范圍越限等多種優(yōu)化，從而提高弧焊系統(tǒng)的操作性能和靈活性。本文以十一軸冗余自由度弧焊系統(tǒng)為例，開發(fā)弧焊作業(yè)規(guī)劃系統(tǒng)，主要研究冗余自由度弧焊系統(tǒng)中的運(yùn)動規(guī)劃、過渡路徑規(guī)劃和焊縫序列優(yōu)化等問題。
　　本文以船型焊為最佳焊接姿態(tài)，在綜合考慮關(guān)節(jié)運(yùn)動位置指標(biāo)、焊接姿態(tài)指標(biāo)、焊槍姿態(tài)指標(biāo)

2、、運(yùn)動平穩(wěn)性指標(biāo)、靈活性指標(biāo)等多項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，為保障機(jī)器人與環(huán)境之間的安全距離，引入基于偽最小平移距離的最近距離指標(biāo)，可以將機(jī)器人各桿件與周圍設(shè)備簡化為凸多面體，再通過線性規(guī)劃的方法計(jì)算兩個(gè)凸多面體之間的相對距離。然后采用多性能指標(biāo)融合控制法對運(yùn)動規(guī)劃問題建立數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，并運(yùn)用新興的差分進(jìn)化算法對其進(jìn)行了求解。最后在十一軸冗余自由度弧焊系統(tǒng)中進(jìn)行了運(yùn)動規(guī)劃仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)器人及其外圍設(shè)備能夠同步協(xié)調(diào)平穩(wěn)地運(yùn)動，機(jī)器各桿件與周

3、圍設(shè)備保持一定的距離并能保持較大的靈活性，焊接位姿和焊槍姿態(tài)都滿足焊接工藝要求，保證了焊接質(zhì)量，提高了焊接效率。
　　另外，本文研究了焊縫之間過渡路徑規(guī)劃問題。本文將工件STL文件作為數(shù)據(jù)源，首先在工件表面上方自動生成一系列直角空間位置節(jié)點(diǎn)，采用幾何的方法檢測任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的邊與工件表面三角片是否相交，由此構(gòu)建一張連通的無碰路徑網(wǎng)絡(luò)。然后采用A*算法在該路徑網(wǎng)絡(luò)中搜索一條從當(dāng)前焊縫的末點(diǎn)到下一條焊縫的起點(diǎn)之間的最短路徑。最后對生

4、成的過渡路徑進(jìn)行了二次優(yōu)化，優(yōu)化之后的過渡路徑節(jié)點(diǎn)數(shù)更少、路徑長度更短。
　　為了減少變位機(jī)的運(yùn)動量，本文根據(jù)焊縫處于船型焊焊接姿態(tài)時(shí)變位機(jī)關(guān)節(jié)位置的不同將焊縫劃分為多個(gè)子集。充分考慮了系統(tǒng)運(yùn)動約束和焊接變形約束，以弧焊作業(yè)時(shí)間最優(yōu)為目標(biāo)評價(jià)函數(shù)，建立了弧焊序列優(yōu)化模型，并采用離散粒子群算法求解。通過粒子間的相互協(xié)作和信息共享來迭代產(chǎn)生最優(yōu)解，具有算法概念簡單、容易實(shí)現(xiàn)、需要調(diào)節(jié)的參數(shù)偏少、收斂速度快等優(yōu)點(diǎn)。仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了離散粒子