[发明专利]一种曲面工件的点焊机器人操作空间平滑路径规划方法

说明书

本发明公开了一种曲面工件的点焊机器人操作空间平滑路径规划方法，包括点焊机器人运动学模型模块、运动约束条件模块、焊点间最短平滑避障路径规划模块和最优焊点焊接顺序规划模块四个模块。通过三维栅格法曲面工件型面及焊点分布进行建模，采用改进A‑star算法和均匀B样条曲线细分算法平滑处理生成焊点间最短平滑避障路径，运用多目标精英模拟退火遗传算法得到最优焊接顺序，根据焊钳坐标系与焊点坐标系的无碰撞运动约束条件以及焊钳坐标系与曲面工件型面安全距离约束条件，通过逆运动学求解得到当前焊接路径对应的关节空间路径。本发明在实际工业中具有应用参考价值，不仅可以缩短工程师规划调试时间，还可以提高机器人的工作效率。

技术领域

本发明涉及机器人焊接技术领域，特别涉及一种曲面工件的点焊机器人操作空间平滑路径规划方法。

背景技术

汽车工业是点焊机器人系统一个典型的应用领域，大约60％的车体焊点由机器人完成。点焊机器人因工件型面及焊点分布复杂，所以合理安排这些焊点的焊接顺序，得到一个优秀的焊接轨迹规划方案，对节省焊接时间，降低生产成本，提高生产效率具有十分重要的意义。目前机器人应用研究还有很大的空间，焊接工程师往往依据自己的经验，加上参照设计人员的工艺卡，依赖示教人员长时间的示教和调试，常常不能得到理论最优，与追求生产节拍高效的汽车行业相矛盾。

对于空间复杂的曲面工件对象，如何在操作空间中自动生成平滑最优路径是亟待解决的问题。焊点间焊接路径问题与焊点焊接顺序问题具有相对独立性，其优化过程又是相互依存的关系，然而，现有方法大多只是考虑焊点的焊接顺序，无法得到操作空间内焊接路径的全局最优解。另外，现有方法大多集中研究机器人关节空间的路径规划，可是，点焊操作需要高精度定位以达到焊点熔核致密紧凑，从而满足焊接强度的要求，因此，采用直观高效、运行精度高的操作空间平滑路径规划更为合理。

在实际工程以智能算法实现焊装线机器人路径的自主生成代替人工规划，找到最优平滑路径，提高规划效率是本发明的研究目的。而白车身焊点路径规划的核心是三维TSP问题，Memetic算法结合邻域知识和基于群体的搜索方法，具有高效启发式算法的特点，与群体方法(如遗传算法、蚁群算法等)相比增加解的多样性，具有更好的跳出局部最优的能力。

发明内容