白車身焊接機器人焊接路徑規(guī)劃研究

韓帥

摘 要：白車身焊接是汽車制造中的一個重要環(huán)節(jié)，對整個車的質(zhì)量起決定性作用。白車焊接中分配給每個機器人的焊接點數(shù)量不同，在焊接中如何尋找到一條最佳焊接路線，使整個焊接過程用時最少極為關(guān)鍵。由于我國在白車身焊接機器人焊接路徑規(guī)劃上落后于世界發(fā)達水平，所以相關(guān)路徑規(guī)劃還不夠完善。本文就針對白車身焊接機器人焊接路徑規(guī)劃進行研究，并針對路徑規(guī)劃提出相關(guān)意見。

關(guān)鍵詞：白車身；機器人焊接；路徑規(guī)劃

我國目前白車身焊接機器人焊接路徑規(guī)劃方面仍處于落后水平，相關(guān)路徑規(guī)劃也極為不完善，機器人工作的過程中經(jīng)常出現(xiàn)作業(yè)順序不合理的狀況，導致生產(chǎn)周期增長，影響整個焊接線路的發(fā)展。所以如何制定出一條合理的路徑規(guī)劃是當前首要目標，本文立足實際就針對這個問題提出一些有效性策略。

一、路徑規(guī)劃的意義

白車身焊接機器人焊接中制定出一條合理的路徑規(guī)劃可以有效縮短機器人生產(chǎn)時間，進而縮短整個工期，提高整個生產(chǎn)效率，某種程度上降低了生產(chǎn)成本。另一方面，白車身焊接機器人焊接路徑規(guī)劃具有一定的典型性，在自動駕駛、服務機器人、挖掘機器人等路徑規(guī)劃研究方面具有重要的借鑒意義，具有較高的社會價值和經(jīng)濟價值。

二、白車身焊接機器人焊接路徑規(guī)劃

（一）路徑規(guī)劃的基本任務

現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的主要目標是為了獲得較高的制造質(zhì)量、取得較高的生產(chǎn)率，而付出較低的生產(chǎn)成本，這是現(xiàn)代企業(yè)提高自身競爭力的重要手段，也是路徑規(guī)劃中的主要任務之一，而在路徑規(guī)劃的過程中要想保證焊接質(zhì)量主要取決于以下兩點：

第一，最大程度的使用機器人工位。使用機器人工位能夠有效降低工人的勞動強度，減少人為錯誤幾率，提高焊接的準確性，保證焊接的順利進行，從而保證焊接的穩(wěn)定性。

第二，要完成所有的焊接點，保證焊接的工藝參數(shù)。

要想實現(xiàn)較低的制造成本就是最大化的利用現(xiàn)有資源，提高機器人的工作效率，縮短機器人工位的生產(chǎn)周期，減少機器人的使用數(shù)量。路徑規(guī)劃的重要方向就是提高生產(chǎn)率，保證生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順利進行，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)率。

（二）路徑規(guī)劃

白車身焊接機器人焊接路徑規(guī)劃主要有兩個分支，一是改變工藝參數(shù)，使用新的工藝方法和輔助設備。二是要提高分配的合理性、提高焊接順序的合理性，提高合理性的目標是為了減少機器人工位的生產(chǎn)周期。第二個分支實現(xiàn)的途徑主要是通過提高機器人焊接路徑的合理性，從而提高單個機器人的生產(chǎn)效率，最終縮短整個生產(chǎn)周期。

（三）遺傳算法

遺傳算法是進化算法中產(chǎn)生最早、應用最廣泛的一種基本算法，在工程技術(shù)和經(jīng)濟管理領(lǐng)域都有廣泛的應用。遺傳算法有群體搜索和遺傳算子兩個基本特征，所謂的群體搜索打破了領(lǐng)域的限制，使信息可以廣泛分布于整個空間。而遺傳算子就是使染色體進行隨機操作，以降低人機交互的依賴。兩個特征保證了遺傳算法具有最優(yōu)的搜索能力、最簡明的操作能力以及信息處理的隱秘能力。

白車身焊接路徑規(guī)劃主要問題如下：

第一，白車身中所需要焊接的焊接點眾多。

第二，在生產(chǎn)的過程中常常追求沒有意義的高精度。

第三，在解答相關(guān)問題時需要運用數(shù)學方法。

第四，因為方案最終應用于企業(yè)，所以數(shù)學方法最好要簡潔明了，便于學習。

綜上，在路徑研究時需要運用遺傳算法，主要優(yōu)勢在于：

第一，遺傳算法的計算步驟比較簡單明了，在實際操作時便于學習和使用。在計算時大大減少了計算量，從而節(jié)約時間。

第二，能夠在很大程度上優(yōu)化焊接作業(yè)順序，減輕焊接的工作量。

第三，減少定量分析與定性分析的工作量。

第四，能夠很好的掌控全局，在全局中找到最優(yōu)解。

三、路徑規(guī)劃的仿真

（一）仿真系統(tǒng)的各要素

路徑仿真系統(tǒng)一般要具有以下幾個基本要素：

第一，對仿真問題的描述。模型和仿真運行控制共同組成了一個仿真系統(tǒng)，而一個特定的模型又是由一個參數(shù)和一組參數(shù)值構(gòu)成。例如白車身點焊機器人焊接路徑的參數(shù)模型一般包括家具模型、機器人模型、側(cè)圍模型，在這基礎之上還加入了具體的參數(shù)值，就形成了特定的模型。

第二，行為產(chǎn)生器。模型確定以后就要對模型進行試驗，這是一套試驗的軟件，行為產(chǎn)生器可以生成一組根據(jù)時間變化的數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)是仿真的物資基礎。

第三，模型行為及對行為的處理。

模型行為可以大致分為三種：軌跡行為、結(jié)構(gòu)行為以及點行為。

仿真系統(tǒng)中都要獲取軌跡行為，這些行為的獲取主要是根據(jù)時間的推移而產(chǎn)生的。

（二）仿真軟件的選擇

一個完善的機器人仿真系統(tǒng)可以依據(jù)機器人的運動學、動力學、行為軌跡等多項內(nèi)容進行仿真計算，并可以根據(jù)機器人的實際操作內(nèi)容進行仿真操作過程，并不依賴于真正的機器人。但目前最主要的工作是對機器人的路徑規(guī)劃做一個仿真方案，而不是設計出一個機器人的仿真系統(tǒng)。在進行機器人路徑規(guī)劃時需要一定的條件，在現(xiàn)實生活中可以有多個選擇，最好的選擇就是使用一些類似CAR這種專業(yè)軟件，如果條件不允許可以選擇VC++或者使用CATIA等軟件進行仿真。VC++自主編寫的優(yōu)點在于針對性比較強，在做路徑時可以考慮多方面因素，然而缺點是不能建立詳細的三維模型，在實際操作時不能全方面的展現(xiàn)白車身焊接工位情況，且工作量較大。CATIA與VC++相比最大的優(yōu)勢就是可以建立詳細的三維模型，能夠全方位展現(xiàn)工位情況，仿真軌跡最為真實，在仿真過程中還可以檢查是否干涉。而缺點也是比較明顯的，在仿真的過程中不能將動力學和控制算法考慮在內(nèi)。

四、小結(jié)

白車身主要是以鋼結(jié)構(gòu)為主的支架，是汽車中重要組成部分。而車身制造是整個環(huán)節(jié)中比較復雜又極為重要的一環(huán)，影響整個汽車的質(zhì)量。我國研究白車身焊接機器人焊接路徑仍處于落后階段，為了提高綜合競爭力需要加大技術(shù)投資，提高我國白車身制造綜合競爭。

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