一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法，以双弧焊机器人焊接端近邻的前3个关节角作为坐标轴，建立C空间；其中，双弧焊机器人包括主机器人和从机器人；将工件和主机器人作为从机器人的障碍物，投影到C空间，以确定出从机器人在C空间的障碍空间和自由焊接空间；采用最短路径算法，规划从机器人在自由焊接空间的最短运行路径。通过构建C空间并通过投影的方式，可以将工件和主机器人转化为空间中的点，从而将从机器人的运行避障简化为点与点之间的防碰撞问题，降低了从机器人运行避障的运算复杂度，提升了运行避障的精确性，有效的降低了双弧焊机器人各关节之间的碰撞和弧焊机器人各关节与工件的碰撞。

An Intelligent Obstacle Avoidance Method for Bi-Six-Axis Arc Welding Robot with Large Three-Dimensional Complex Components

【技术实现步骤摘要】
一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法
本专利技术涉及焊接
，特别是涉及一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法。
技术介绍
大型复杂构件是船舶和集装箱等生产制造的重要组成部分，大型复杂构件是由工人对各种大小厚度不同的钢板进行弧焊焊接而成。工人焊接过程中，焊接环境恶劣，焊接劳动强度大，且焊接效率不高，因此提出了采用焊接机器人系统代替人工进行焊接。在机器人智能焊接领域，主要有弧焊焊接与点焊焊接。对于大型三维复杂构件，不仅焊缝种类较多，而且空间结构比较复杂，需要采用弧焊焊接。但是现有的双焊接机器人大多数针对的是点焊问题，在弧焊焊接领域研究较少，且在双机器人进行焊接过程中只考虑了焊枪与焊枪、焊枪与工件之间的碰撞，没有考虑机器人六个关节与工件之间、双机器人六个关节之间的碰撞问题。可见，如何有效的降低机器人在弧焊焊接过程中出现碰撞，是本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法，可以有效的降低机器人在弧焊焊接过程中出现碰撞。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法，包括：以双弧焊机器人焊接端近邻的前3个关节角作为坐标轴，建立C空间；其中，所述双弧焊机器人包括主机器人和从机器人；将工件和主机器人作为从机器人的障碍物，投影到所述C空间，以确定出所述从机器人在所述C空间的障碍空间和自由焊接空间；采用最短路径算法，规划所述从机器人在所述自由焊接空间的最短运行路径。可选的，所述采用最短路径算法，规划所述从机器人在所述自由焊接空间的最短运行路径包括：采用信息素挥发因子自适应更新的蚁群算法，规划所述从机器人在所述自由焊接空间的最短运行路径；其中，信息素挥发因子按照如下公式进行更新：其中，ε表示自适应调节因子，p(t)表示t时刻下信息素挥发因子的取值，pmin表示信息素挥发因子取值的下限值，p(t+1)表示t+1时刻下信息素挥发因子的取值。可选的，所述双弧焊机器人焊接端近邻的前3个的关节角包括：和相应的，建立的C空间的表达式如下：可选的，还包括：根据双弧焊机器人的焊接起点坐标、焊接终点坐标以及工件的焊接模型，通过插入中间点法，确定出双弧焊机器人的焊接路径。可选的，所述根据双弧焊机器人的焊接起点坐标、焊接终点坐标以及工件的焊接模型，通过插入中间点法，确定出双弧焊机器人的焊接路径包括：依据双弧焊机器人的焊接起点坐标和焊接终点坐标，计算最短焊接路径；并确定出所述最短焊接路径与工件的焊接模型中障碍板的交点；将所述交点在所述障碍板的可焊接边界线上方的垂点作为中间点；将焊接起点、中间点以及焊接终点组成的路径作为双弧焊机器人的焊接路径。由上述技术方案可以看出，以双弧焊机器人焊接端近邻的前3个关节角作为坐标轴，建立C空间；其中，双弧焊机器人包括主机器人和从机器人；将工件和主机器人作为从机器人的障碍物，投影到C空间，以确定出从机器人在C空间的障碍空间和自由焊接空间；采用最短路径算法，规划从机器人在自由焊接空间的最短运行路径。通过构建C空间并通过投影的方式，可以将工件和主机器人转化为空间中的点，从而将从机器人的运行避障简化为点与点之间的防碰撞问题，降低了从机器人运行避障的运算复杂度，提升了运行避障的精确性，有效的降低了双弧焊机器人各关节之间的碰撞和弧焊机器人各关节与工件的碰撞。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种工件简化模型的示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护范围。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。接下来，详细介绍本专利技术实施例所提供的一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法。图1为本专利技术实施例提供的一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法的流程图，该方法包括：S101：以双弧焊机器人焊接端近邻的前3个关节角作为坐标轴，建立C空间。其中，双弧焊机器人包括主机器人和从机器人。C空间是以一组用以确定运动刚体位姿的参数作为坐标变量。三维空间的刚体空间是一个6维空间，三个维度表示刚体的位置，另外三个维度表示刚体的姿态。引入C空间，可以将移动的刚体转化为C空间中的一个点，因此在双弧焊机器人路径规划中，两台机器人的路径规划就变成了C空间中点的路径规划，这样在C空间中进行双弧焊机器人的路径规划，就不用考虑机器人外形和尺寸。因为在进行弧焊焊接时，机器人焊接的位姿是由机器人的6个关节确定的，只要建立的C空间比较精确，就能给双弧焊机器人规划出一条无碰撞的焊接路径。本专利技术实施例是以6轴弧焊机器人为例，由于空间维度超越三维后，空间将变得不直观，因此在实际应用中，可以只取弧焊机器人的前三个自由关节建立C空间。前三个自由关节指的是双弧焊机器人焊接端近邻的三个自由关节，这3个关节角的取值范围如下：和相应的，建立的C空间的表达式如下：S102：将工件和主机器人作为从机器人的障碍物，投影到C空间，以确定出从机器人在C空间的障碍空间和自由焊接空间。在两个弧焊机器人进行焊接的过程中，主机器人A焊接路径属于已知信息，从机器人B的位姿也是确定的。为了有效的保证双弧焊机器人在焊接的过程中不发生干涉和碰撞，将主机器人A在构件中的焊接路径视为从机器人B在C空间中的一部分障碍物。从机器人B在焊接的过程，各个关节不仅仅需要避开主机器人A的各个关节，而且各个关节也要避开与工件之间的碰撞，将工件和主机器人A作为从机器人的障碍物，一起投影到C空间中，因此可以确定从机器人B在C空间中的障碍空间和可以自由焊接的空间。S103：采用最短路径算法，规划从机器人在自由焊接空间的最短运行路径。根据从机器人在C空间的障碍空间和自由焊接空间，可以把从机器人的路径规划视为一个TSP问题。最短路径算法包括Dijkstra算法、Bellman-Ford算法、Floyd算法、SPFA算法、蚁群算法(AntColonyOptimization，ACO)等。蚁群算法在解决TSP全局路径规划具有较快的收敛速度，但容易陷入局部最优，因此，在本专利技术实施例中，可以采用改进的蚁群算法即自适应信息素更新蚁群算法，进行从机器人的避障路径规划。自适应信息素更新策略的主要思想是算法在运行过程中可以对信息素挥发因子p进行自动的调整。当p的值过小时，弧焊机器人焊接路径信息素浓度过高，算法的全局搜索能力大大降低；当信息素挥发因子p的值过大时，弧焊机器人焊接路径上的残余信息素浓度过小，算法的收敛速度大大降低，为解决上述的问题，采用信息素挥发因子的自适应调节。其中，信息素挥发因子可以按照如下公式进行更新：其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法，其特征在于，包括：以双弧焊机器人焊接端近邻的前3个关节角作为坐标轴，建立C空间；其中，所述双弧焊机器人包括主机器人和从机器人；将工件和主机器人作为从机器人的障碍物，投影到所述C空间，以确定出所述从机器人在所述C空间的障碍空间和自由焊接空间；采用最短路径算法，规划所述从机器人在所述自由焊接空间的最短运行路径。

【技术特征摘要】
1.一种大型三维复杂构件双六轴弧焊机器人智能避障方法，其特征在于，包括：以双弧焊机器人焊接端近邻的前3个关节角作为坐标轴，建立C空间；其中，所述双弧焊机器人包括主机器人和从机器人；将工件和主机器人作为从机器人的障碍物，投影到所述C空间，以确定出所述从机器人在所述C空间的障碍空间和自由焊接空间；采用最短路径算法，规划所述从机器人在所述自由焊接空间的最短运行路径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用最短路径算法，规划所述从机器人在所述自由焊接空间的最短运行路径包括：采用信息素挥发因子自适应更新的蚁群算法，规划所述从机器人在所述自由焊接空间的最短运行路径；其中，信息素挥发因子按照如下公式进行更新：其中，ε表示自适应调节因子，p(t)表示t时刻下信息素挥发因子的取值，pmin表示信息素挥发因子取值的下限值，p(t+1)表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，孙振，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44