【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人柔性焊接的一种机器人柔性焊接路径规划方法，尤其是涉及了一种面向非标准(即多规格小批量)工件的机器人柔性焊接路径规划方法。
技术介绍
1、随着工业自动化的深入发展，工业机器人已被广泛应用于汽车工业、电子装配、冶金化工、食品加工等行业的标准化、流水化作业，主要用于打磨、涂装、上下料以及焊接等操作。目前，大批量标准化产品的焊接任务已通过人工示教编程实现自动化。然而，在船舶、海工和钢结构等领域，生产的多样性和非标准化程度较高，难以编制统一的焊接程序满足多规格小批量工件的柔性焊接需求。传统的人工示教方法存在许多弊端，如设计周期较长、生产效率低下和人工成本较高等等。因此，针对这种个性化、多规格、小批量的工件，需要引入机器人柔性焊接技术，研发一种更为自动化、智能化的机器人焊接方法。
2、机器人柔性焊接是一种先进的焊接技术，它采用了多轴工业机器人操作，能够根据不同的焊接工艺和要求灵活配置相应的数据处理算法，提取加工信息并控制机器人完成一系列焊接任务。这项技术能显著提升焊接作业的自动化水平和效率，实现高效、高质、高精且灵活的多规格小批量工件自动焊接。机器人柔性焊接技术的相关研究主要聚焦在焊缝起始位置引导、焊缝提取、焊缝跟踪、焊接熔池监测以及焊接路径规划等多个方面。其中，焊接路径规划技术尤为关键，要求机器人能根据识别的工件信息及焊缝信息，规划无碰撞且优化的焊枪运动路径。现有柔性焊接路径规划方法主要包括：
3、1)基于特定参数的路径规划。该方法使用预定义一系列参数，如焊枪速度、焊枪角度和焊枪到工件距离等等，
4、2)基于传感器反馈的路径规划。该方法在形成焊接路径时，依靠传感器的实时反馈，进行动态优化调整。该方法在处理复杂或非标准工件时，可以显著提升焊接过程适应性和焊接精度。然而，该方法高度依赖于传感器精度和响应速度，对焊接环境要求较高，且面对频繁变更的工件类型和焊接要求时，需要不断调整和校准传感器系统，成本较高。
5、3)基于栅格化地图的路径规划。该方法首先将焊接区域划分成网格建立栅格化地图，然后在此地图上运用图搜索算法如d*lit算法、theta*算法、dijkstra算法及a*算法等寻找解路径。该方法路径规划的精确度受限于栅格的分辨率，因此需要花费较高的时间成本和计算成本建立栅格化地图，不利于应用在生产要求快速变更的多规格小批量工件。
技术实现思路
1、在面向多规格小批量工件生产完成焊接自动化的过程中，为了解决
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术提供了一种面向多规格小批量工件的机器人柔性焊接路径规划方法，本专利技术可以有效减少规划的路径代价，为机器人规划出一条简单高效的优化路径，具有智能化、免示教、高效率、高度柔性的特点。
2、本专利技术的技术方案如下：
3、步骤一：获取并处理焊接工件表面点云信息后，获得焊接工件的三维模型；
4、步骤二：基于焊接工件的尺寸信息，对工件的三维模型进行焊缝的提取后，获得焊接工件的焊缝；
5、步骤三：基于焊接工件的三维模型和焊缝，确定焊缝姿态和焊枪姿态；
6、步骤四：根据焊接工件的焊缝，确定焊缝的焊接顺序；
7、步骤五：采用有向包围盒法建模的方式确定障碍物对象，进而建立焊接环境模型；
8、步骤六：基于焊缝姿态、焊枪姿态及焊接环境模型，结合焊缝的焊接顺序，应用高效路径规划算法快速寻找无碰撞路径，获得焊接路径；
9、步骤七：将焊接路径参数发送给机器人控制柜，指导焊接机器人对焊接工件进行焊接。
10、所述步骤四中，根据焊接工件的焊缝，利用元启发式算法确定焊缝的焊接顺序。
11、所述步骤六中，在包围盒中寻找到工件的焊缝始末端点所对应的投影面，在投影面中确定焊缝始末端点对应的投影点，利用简易路径规划算法分别计算机器人开始状态点与焊缝起始端点对应的投影点之间的规划路径以及焊缝终止端点对应的投影点与机器人停止状态点之间的规划路径，以及利用先进路径规划算法分别计算焊缝起始端点对应的投影点与焊缝起始端点之间的规划路径、焊缝终止端点与焊缝终止端点对应的投影点之间的规划路径、相邻两段分离的焊缝之间的规划路径，从而获得焊接规划路径。
12、对于所述机器人开始状态点与焊缝起始端点对应的投影点之间的规划路径，其计算过程具体为：
13、首先，利用五次多项式插值法生成机器人开始状态点与焊缝起始端点对应的投影点之间的路径，接着离散该路径后再使用分离轴定理将离散后的路径与有向包围盒进行碰撞检测并局部调整路径，获得机器人开始状态点与焊缝起始端点对应的投影点之间的规划路径。
14、利用所述先进路径规划算法计算规划路径的具体步骤如下：
15、s1：建立机器人路径图a和机器人路径图b，以机械臂起始状态xstart作为机器人路径图a的初始节点，以机械臂目标状态xend作为机器人路径图b的初始节点；其中，机械臂起始状态xstart为焊缝起始端点对应的投影点、焊缝终止端点或相邻两段分离的焊缝的起点；所述机械臂目标状态xend为焊缝起始端点、焊缝终止端点对应的投影点或者相邻两段分离的焊缝的终点；
16、s2：基于焊缝姿态、焊枪姿态及焊接环境模型，交替扩展并优化机器人路径图a和机器人路径图b，直到两图在一节点处重合，从该节点回溯至机械臂起始状态xstart和机械臂目标状态xend后，获得初始规划路径；
17、s3：基于初始规划路径进行动态优化，得到最优规划路径。
18、所述s2具体为：
19、s2.1：将机械臂的关节空间作为初始采样空间，在当前采样空间中随机生成一个采样节点xnew，引入目标偏执概率p，采样节点xnew有p的概率为机器人路径图b中的随机节点；
20、s2.2：遍历机器人路径图a中所有节点与当前采样节点xnew之间的距离，当与当前采样节点xnew最近的节点之间的距离dis(xnew,xclosestina)小于或等于节点限制距离slimit，则进入s2.3；否则沿第一采样方向将与当前采样节点xnew最近的节点xclosestina移动节点限制距离slimit到一个新节点，把该新节点更新为当前采样节点xnew，再进入s2.3；
21、s2.3：利用焊接工件的三维模型对当前采样节点xnew进行碰撞检测，若通过碰撞检测则把当前采样节点xnew纳入机器人路径图a中，否则再次执行s2.1～s2.2，直至当前采样节点xnew通过碰撞检测并放入机器人路径图a中；
22、s2.4：在机器人路径图a中，根据路径代价对当前采样节点xnew进行部分图重组，获得机器人路径图a的节点顺序；
23、s2.5：遍历机器人路径图b中所有节点与当前采样节点xnew之间的距离，当与当前采样节点xnew最近的节点之间的距离dis(xnew,xc本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，所述步骤四中，根据焊接工件的焊缝，利用元启发式算法确定焊缝的焊接顺序。
3.根据权利要求1所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，所述步骤六中，在包围盒中寻找到工件的焊缝始末端点所对应的投影面，在投影面中确定焊缝始末端点对应的投影点，利用简易路径规划算法分别计算机器人开始状态点与焊缝起始端点对应的投影点之间的规划路径以及焊缝终止端点对应的投影点与机器人停止状态点之间的规划路径，以及利用先进路径规划算法分别计算焊缝起始端点对应的投影点与焊缝起始端点之间的规划路径、焊缝终止端点与焊缝终止端点对应的投影点之间的规划路径、相邻两段分离的焊缝之间的规划路径，从而获得焊接规划路径。
4.根据权利要求3所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，对于所述机器人开始状态点与焊缝起始端点对应的投影点之间的规划路径，其计算过程具体为：
5.根据
6.根据权利要求5所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，所述S2具体为：
7.根据权利要求6所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，所述根据路径代价对当前采样节点xnew进行部分图重组，具体为：
8.根据权利要求6所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，所述目标偏执概率P根据启发式准则动态调整，公式为：
9.根据权利要求6所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，所述路径代价的公式如下：
10.根据权利要求5所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径划方法，其特征在于，所述S3具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，所述步骤四中，根据焊接工件的焊缝，利用元启发式算法确定焊缝的焊接顺序。
3.根据权利要求1所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，所述步骤六中，在包围盒中寻找到工件的焊缝始末端点所对应的投影面，在投影面中确定焊缝始末端点对应的投影点，利用简易路径规划算法分别计算机器人开始状态点与焊缝起始端点对应的投影点之间的规划路径以及焊缝终止端点对应的投影点与机器人停止状态点之间的规划路径，以及利用先进路径规划算法分别计算焊缝起始端点对应的投影点与焊缝起始端点之间的规划路径、焊缝终止端点与焊缝终止端点对应的投影点之间的规划路径、相邻两段分离的焊缝之间的规划路径，从而获得焊接规划路径。
4.根据权利要求3所述的一种面向非标准工件的机器人柔性焊接路径规划方法，其特征在于，对...
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