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

1、焊接是當代加工制造業(yè)中最重要的組成部分。隨著焊接技術的發(fā)展，冗余自由度弧焊系統(tǒng)的應用越來越廣泛。利用其冗余特性可以實現(xiàn)機器人避障礙物、避奇異位形、防止關節(jié)運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)，在綜合考慮關節(jié)運動位置指標、焊接姿態(tài)指標、焊槍姿態(tài)指標

2、、運動平穩(wěn)性指標、靈活性指標等多項指標的基礎上，為保障機器人與環(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，可以將機器人各桿件與周圍設備簡化為凸多面體，再通過線性規(guī)劃的方法計算兩個凸多面體之間的相對距離。然后采用多性能指標融合控制法對運動規(guī)劃問題建立數(shù)學優(yōu)化模型，并運用新興的差分進化算法對其進行了求解。最后在十一軸冗余自由度弧焊系統(tǒng)中進行了運動規(guī)劃仿真實驗，實驗結(jié)果表明機器人及其外圍設備能夠同步協(xié)調(diào)平穩(wěn)地運動，機器各桿件與周

3、圍設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，采用幾何的方法檢測任意兩個節(jié)點構(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。然后采用A*算法在該路徑網(wǎng)絡中搜索一條從當前焊縫的末點到下一條焊縫的起點之間的最短路徑。最后對生

4、成的過渡路徑進行了二次優(yōu)化，優(yōu)化之后的過渡路徑節(jié)點數(shù)更少、路徑長度更短。
　　為了減少變位機的運動量，本文根據(jù)焊縫處于船型焊焊接姿態(tài)時變位機關節(jié)位置的不同將焊縫劃分為多個子集。充分考慮了系統(tǒng)運動約束和焊接變形約束，以弧焊作業(yè)時間最優(yōu)為目標評價函數(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、容易實現(xiàn)、需要調(diào)節(jié)的參數(shù)偏少、收斂速度快等優(yōu)點。仿真實驗證實了離散粒子