本文關(guān)鍵詞：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)

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【摘要】：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(lái)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(dòng)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(dòng)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(dòng)位置指標(biāo)、焊接姿態(tài)指標(biāo)、焊槍姿態(tài)指標(biāo)、運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)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(duì)距離。然后采用多性能指標(biāo)融合控制法對(duì)運(yùn)動(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng),機(jī)器各桿件與周圍設(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(dòng)生成一系列直角空間位置節(jié)點(diǎn),采用幾何的方法檢測(cè)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(wú)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(duì)生成的過渡路徑進(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(zhǎng)度更短。為了減少變位機(jī)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(píng)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(lái)迭代產(chǎn)生最優(yōu)解,具有算法概念簡(jiǎn)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)了離散粒子群算法求解廣義旅行商問題的優(yōu)越性,其收斂速度比廣義染色體遺傳算法更快。最后開發(fā)了弧焊作業(yè)規(guī)劃軟件包,包括運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、過渡路徑規(guī)劃、弧焊序列優(yōu)化等功能模塊,并集成到ROBOLP離線編程與仿真通用平臺(tái)中。經(jīng)過仿真驗(yàn)證,弧焊作業(yè)軟件功能滿足項(xiàng)目需求。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG408;TP242

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本文編號(hào)：1168150