[發明專利]一種基于移動平臺的機器人焊接系統任務分配與路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202110416522.X
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113118675B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 吳浩宇;鄭晨;安玉樹;秦現生;王戰璽
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B25J11/00;B25J9/16
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明提出了一種基于移動平臺的機器人焊接系統任務分配與方法，通過采用各種移動部件，如機器人、龍門、AGV來改變焊槍的位置，根據不同焊接需求，選擇對應的焊接模式。機器人焊接系統可以在三種模式下工作:純機器人模式、AGV/龍門模式和協作模式。根據不同焊接操作方式的特點和工件的幾何特征，將任務分配給不同的焊接部件。焊接任務分配完成后，通過遺傳算法優化每個可移動部件的焊接路徑，減少焊接時間，簡化焊接過程。

技術領域

本發明屬于工業機器人焊接領域，特別涉及一種基于移動平臺的機器人焊接系統任務分配與路徑規劃方法。

背景技術

在船舶制造工業中，焊接工件具有尺寸跨度大，形狀復雜多樣，工藝質量要求高，工件無批量，裝配精度差，焊接熱變形嚴重，無法用專用夾具進行定位等一系列特點，這給船舶工件自動化焊接造成了諸多困難。單一焊接機器人基座固定，只能負責一個工位，只適用于所有焊縫都位于機器人的工作空間內的情況。雖然當焊縫超出焊槍的范圍時，可以通過移動平臺改變機器人的位置，但是這種改變位置的過程會導致熔合線的不連續性，對焊縫的最終質量產生負面影響。因此，純機器人焊接無法滿足船體焊接領域中大尺寸工件的焊接需求。

采用基于AGV/龍門移動平臺的焊接模式，焊槍的位置僅由移動平臺來改變。焊槍到達焊縫起點后，機器人的姿態保持不變，焊槍的位置僅通過PLC完成實時軌跡生成和插補功能，通過AGV/龍門的運動來控制。這種操作方式不受機器人工作空間的限制，對長直焊縫具有很高的效率。然而，很難控制移動平臺的曲線移動。因此，這種操作方式無法實現弧焊或全焊工藝。

采用基于移動式作業平臺和工業機器人協同運動的焊接模式，將移動式作業平臺可以大跨度移動的優點與工業機器人小范圍內靈活運動的優點相結合，使焊槍能夠沿著復雜的軌跡移動。該協同焊接模式被認為是提高焊接工藝靈活性的有效解決方案。但是由于需要更多的關注機器人與機架之間的交互，所以程序的生成需要很長的時間。因此，應根據工件的實際情況合理分配焊接任務，以最大程度的提高焊接效率。、焊接任務分配完成后，應規劃每個可移動部件的焊接路徑。為了進行路徑規劃，需要同時考慮三個目標函數，即最小焊接時間、平衡焊接任務和最大焊接效率比。因此，焊接路徑規劃可以看作是一個多目標優化問題。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了解決現有技術的不足，本發明提出一種基于移動平臺的機器人焊接系統任務分配與路徑規劃方法。

本發明的技術方案是：一種基于移動平臺的機器人焊接系統任務分配與路徑規劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：進行工件基準檢測，確定工件在工作臺上的位置。構建工件的三維模型，并確定初始設置參數。

步驟2：通過離線仿真軟件計算焊接機器人的工作空間。結合步驟1提取的工件位置信息和幾何特征信息，判斷工件焊縫是否可以完全被包含在機器人的工作空間中，是，則選擇純機器人模式，機器人在進行焊接任務之前通過機架移動到機器人可達到的工件工作空間中，焊接過程中機架位置不變；一旦焊接任務完成，機器人將通過龍門移動到下一個工作空間進行后續焊接任務；否，則進入下一步。

步驟3：根據第一步提取的幾何特征信息，判斷是否為曲線焊縫或綜合類型的焊縫，是，則選擇協作模式，機器人與移動平臺同時運動；否，則選擇AGV/龍門模式，焊槍的位置僅由AGV/龍門來改變；

步驟4：根據第j個工件的焊縫幾何特征信息計算其第i條焊縫的長度l_i以及第i條焊縫終點與第i+1條焊縫起點之間的直線距離d_i，進一步地，結合焊接速度V₁以及焊槍在相鄰焊縫之間的移動速度V₂可以獲得整體焊接時間的T_j函數表達式：

其中n為當前工件的焊縫總數；

將焊接時間作為第一目標函數：