基于遗传模拟退火算法的弧焊机器人系统协调路径规划

深入地研究了弧焊机器人系统的协调路径规划。从全局的角度用5元组序列描述了焊接路径。设计了评价 焊接路径目标函数:焊接位置函数、焊缝成形质量函数、关节位置函数和运动平稳性函数。以线性加权法为求解 多目标规划的基本思想,把遗传模拟退火算法用于弧焊机器人与变位机协调路径规划,取得了很好的效果。协调 路径规划精确地保证焊缝的最佳焊接位置与最佳的焊枪姿态,并能找到柔顺的焊接路径,提高了机器人焊接的质 量和效率。     

关于机器人焊接路径规划优化的研究

焊枪与焊缝相对位置关系以及机器人运动平稳性直接决定焊缝质量,论文采用变位机调整焊枪与焊缝相对位置,并且通过建立机器人运动平稳性函数优化机器人运动平稳性,综合焊接位置,机器人位置建立综合目标优化函数进行焊接路径的优化。采集的数据显示在焊枪与焊缝在最优位置附近的情况下,机器人运动平稳性有着显著提高。结果表明,基于粒子群算法对焊接路径进行优化操作能够提高机器人加工过程的平稳性,可以提高焊缝质量。     

弧焊机器人系统的相交管路径规划

基于ABB1410弧焊机器人系统,研究了实现自动焊接相交圆管接缝的路径规划技术。在工件坐标系下建立了相应的数学模型,针对机器人焊接相交管的空间曲线焊缝的特点,结合弗莱纳-雪列三元空间矢量原理,求出了该空间焊缝路径上各离散点的位姿矩阵,并对焊枪的焊接姿态进行了规划。同时,给出了一种在实际焊接时标定斜交管坐标系和机器人基座标系之间关系的方法。利用Robot Studio软件对焊接运动轨迹进行了动态仿真和离线编程,实际焊接实验证明了所研究的路径规划算法的可行性,提高了焊接机器人各关节运动的平稳性,对实际生产有一定意义。     

双机器人紧协调焊接路径规划与离线编程

研究双机器人紧协调路径规划技术,基于平面投影策略结合双机器人运动耦合关系得到主、从机器人末端法兰的位置与姿态信息。根据机器人运动学,分别计算出主、从机器人的各轴回转量,进而实现机器人运动控制。将提出的路径规划策略集成到自主研发的离线编程软件InteRobot中,结合三通件交接处的焊接需求,制定了双机器人协调焊接方案,完成了双机器人协调焊接的路径规划,实现了对双机器人焊接过程的虚拟仿真。为了验证文中提出的焊接方案,搭建了由华数机器人HSR-JH605和HSR-JR605组成的双机器人焊接工作站。在实际焊接加工过程中,证实了该方案能够满足三通件的焊接要求。     

基于人工免疫-改进粒子群优化算法的机械臂轨迹规划研究

焊接机器人运动轨迹复杂、控制精度要求高。提出了一种满足多目标约束的轨迹规划方法。针对机器人轨迹平滑性要求,以5次非均匀有理B样条（Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS）曲线为基础,对笛卡儿空间路径点进行参数化表达;根据工业机器人路径约束及工况需求,选取时间、能耗、跃度3个运动学指标作为目标优化函数,采用人工免疫双态粒子群进行轨迹优化;为了平衡粒子“探索”与“利用”,增加双模态模型,引入人工免疫系统,提升了粒子多样性与后期收敛能力;根据Pareto解集得到满足约束的焊接机器人各关节最优轨迹,通过Matlab仿真证明了方法的有效性;最后,针对空间相贯曲线焊缝进行了焊接试验。结果显示,规划的轨迹符合实际工程需求。     

白车身焊接机器人加工路径优化和仿真

为合理规划多焊接机器人的焊接路径,提出一种综合运用遗传算法和仿真分析的求解方法。对焊点焊接顺序进行分析,确定各个焊点的焊接优先关系,将各个焊点分配给各个机器人,以最短的工位时间为优化目标,采用自适应遗传算法进行焊接任务求解。在eM-power中建立焊接生产线三维模型,并对分配的焊接路径进行仿真,对发生干涉位置的点进行焊接顺序约束,最后寻找出可行的焊接路径。在虚拟环境下模拟机器人加工路径,大大缩短了多机器人焊接路径规划的时间。     

基于蚁群算法-粒子群算法的白车身侧围点焊机器人路径规划

针对白车身侧围点焊多机器人协调焊接任务,对焊接路径规划算法进行了研究。提出了一种适用于该任务的蚁群粒子群混合算法,以实现多机器人焊点分配均匀和单机器人焊接路径最优的焊接要求。通过分析白车身侧围焊点分布特点及多机器人协调焊接要求,建立白车身侧围点焊多机器人协调焊接任务数学模型。设计了基于蚁群粒子群混合算法的路径规划方案,在MATLAB中得到规划结果。利用机器人离线编程软件Robotstudio建立白车身侧围多机器人协调焊接工作站,对规划结果进行仿真实验。结果表明,该算法可实现焊点均匀分配,缩短焊接路径,有效提高焊接效率。     

基于GA算法的协调机器人双光束激光焊接轨迹规划研究

针对长尺寸整体薄壁板T型接头激光焊接,提出双光束激光焊接技术,成功解决T型接头单面双侧焊接,保证T型接头的双面成型,对整体变形量控制和隐身性能的提高起到不可替代的作用。针对双光束激光焊接机器人采用激光跟踪技术进行焊缝提取与跟踪,使激光焊接头回归到焊缝有效范围内;运用遗传算法和主从机器人协调操作得到两台机器人的最优焊接轨迹,保证焊接的一致性,确保焊接质量。     

工业机器人在五星脚焊接加工中的轨迹规划

五星脚的焊接加工过程中,对焊枪的运动路径和姿态要求非常严格,使用传统的焊接方法,焊接质量不稳定,焊缝不尽美观,且效率低。基于工业机器人的关节结构和焊接加工过程中的工艺要求,建立相应几何模型,研究了五星脚焊缝相贯的曲线方程,及工业机器人在焊接过程中运动轨迹控制的插补算法,实现了机器人姿态和焊枪位置连续轨迹的规划和运动控制。实验结果表明,工业机器人焊接过程流畅没有停顿,运动轨迹和规划轨迹吻合度很高,可获得良好的焊缝质量。该研究对工业机器人在五星脚的焊接加工及同类零件焊接加工具有很好的应用参考价值。     

一类多目标焊缝跟踪优化模型和算法

针对焊缝跟踪过程中姿态的调整与规划问题,以移动焊接机器本体与焊枪为研究对象,在构建轮式移动焊接机器人的本体运动学模型基础上,考虑滑块滑长与焊枪长度等制约因素,以优化跟踪精度与速度为目标,建立了焊缝跟踪多目标优化模型。根据焊缝跟踪问题特征,设计了遗传算法,定义了编码结构,产生初始种群,构建了适应度函数。通过MATLAB进行仿真验证,并与BP神经网络进行对比,仿真结果表明该方法在加快焊缝跟踪速度、提高焊接精度方面的有效性。     

The realization of no back chipping for thick plate welding

A new technology of double-sided arc welding (DSAW) in which gas metal arc welding (GMAW) is employed for root welding and filler passes was proposed in this paper. The realized master–slave mode, dual-robot collaboration provides the asymmetric and symmetric welding for root welding and filler passes, respectively, by two robots from both sides of the thick plate. Then, the multi-pass path planning was put forward, and Roboguide was used to verify the feasibility of the planning. Finally, welding experiment was conducted. The results indicate that the good comprehensive properties in tensile strength, bend property, impact toughness, and hardness were obtained. This new technology can realize no back chipping for thick plate welding. Furthermore, it has the potential advantages for the implementation of automatic welding for thick plate.     

基于C空间的机器人双手协调避碰路径规划

提出了一种利用三维工作空间数字势场和遗传算法进行双手协调避碰的机器人路径规划新方法,该方法利用离散化工作空间的距离图的数字势场,通过启发函数的引导在C空间进行搜索,使用交替势场和遗传算法逃离局部极小点。同时使用两种避碰算法,进行操作手与障碍物以及操作手之间的碰撞回避。仿真实验验证了该算法的有效性。     

Trajectory optimization of an electro-hydraulic robot

The electro-hydraulic robot has great driving torque and plays an irreplaceable role in manufacturing. In this paper, a trajectory planning method for a 6-DOF electro-hydraulic robot based on time-energy-jerk is proposed and realized. A multi-objective function of the electro-hydraulic robot about working efficiency, impact, stability and energy consumption factors was built, at the same time, the kinematic and dynamic constraint functions were also built. The multi-objective trajectory function of the robot was optimized by using the non-dominated neighborhood immune genetic algorithm, and the optimal position, velocity, acceleration and jerk planning curves of each joint were obtained. In the experiment, the flow output curves of the hydraulic system of joint 6 based on fuzzy-PID control strategy under no-load, 1.5 kg load, 4 kg load were obtained, and show that the velocity and position trajectory of the joint can be well controlled using the presented fuzzy PID control strategy.

     

Multi-objective path planning for unmanned surface vehicle with currents effects

This paper investigates the path planning problem for unmanned surface vehicle (USV), wherein the goal is to find the shortest, smoothest, most economical and safest path in the presence of obstacles and currents, which is subject to the collision avoidance, motion boundaries and velocity constraints. We formulate this problem as a multi-objective nonlinear optimization problem with generous constraints. Then, we propose the dynamic augmented multi-objective particle swarm optimization algorithm to achieve the solution. With our approach, USV can select the ideal path from the Pareto optimal paths set. Numerical simulations verify the effectiveness of our formulated model and proposed algorithm.     

基于姿态的轨道焊接机器人智能越障控制方法

为了机器人能更好地完成轨道焊接任务,减少障碍物对工作的影响,提出了基于姿态的轨道焊接机器人智能越障控制方法。分析越障时机器人姿态稳定性,判定机身质心位置,明确焊接臂角度和碰触点,估算出姿态支持点位置,同时将实时运动数据传输到受力锥模型中,计算最小偏移势能推测越障倾翻方向,得出最佳稳定锥。初始化蚁群遗传算法、设定主程序,迭代出全局越障路径;考虑到户外工作环境存在路径规划阻力,结合卡尔曼滤波的状态转移矩阵,减少误差完成智能越障控制。仿真实验表明,所提方法在恶劣路况下也能实现精准越障,且可以智能调节姿态,使机器人恢复稳定。     

面向特征库的整体叶轮刀轨规划方法

针对整体叶轮曲面曲率变化大、流道为特殊型腔的特点,提出了一种面向特征的刀轨规划方法。分析了整体叶轮加工型面的特征及加工难点,建立由叶片、流道、进出水边、叶根等不同型面刀轨构成的特征库。设计叶轮加工型面与特征刀轨库间的匹配规则,开发了整体叶轮加工型面特征刀轨规划系统。算例仿真表明,该方法可有效减少叶轮加工曲面的刀路数量,提高整体叶轮自由曲面叶片的加工质量和效率。     

面向复合地图的移动机器人分层路径规划

针对传统路径规划方法在部分未知复杂大场景环境下搜索空间大、效率低、避障成功率不高等问题,提出一种基于拓扑-栅格-度量复合地图的移动机器人分层路径规划方法。首先将机器人作业环境描述为栅格地图并划分为多个栅格化的子区域,以子区域为关键节点进行位置关系抽象从而获得拓扑架构,并对局部栅格区域进行精细化描述,构建拓扑-栅格-度量的复合地图。其次,在不同地图层级上分区域搜索机器人路径,在拓扑地图上采用Floyd算法规划子区域之间的区间路径,面向栅格地图提出搜索子区域内部路径的改进A^*算法,通过引入扩展点筛选策略、双向搜索机制、路径冗余点剔除技术提高路径规划的效率与质量,并拼接各段区间路径和内部路径生成全局优化初始路径。最后,针对部分未知场景中的动态障碍物,在度量地图上提出基于深度强化学习架构的动态避障路径规划方法,利用价值分类经验回放机制提高样本的利用率和模型训练的效率。实验结果表明,所提方法有较高的搜索效率和避障成功率,生成的路径兼具安全性和平滑性。     

基于遗传算法的焊接机器人三维路径规划研究

针对汽车焊接机器人路径规划不合理的问题,采利用遗传算法针对三维路径规划问题提出了相应的遗传编码方法,构造了相应的遗传算子,为焊接机器人三维路径的规划问题提出了一条新的发展路径。