一种应用于焊装线的机器人工位设计方法技术

本发明专利技术涉及一种应用于焊装线的机器人工位设计方法，包括以下步骤：确定焊点分布范围图形和机器人的可达工作空间图形；利用焊点分布范围图形和可达工作空间图形得到待选工位范围图形；利用图形均等分割法对待选工位范围图形进行逐级区块分割，得到待选工位点集；根据机器人运动学模型和机器人逆运动学法求解出待选工位点下各个焊点的距离和以及全部焊点的可操作度值和；以基于可操作度指标和距离指标的评价函数的最大值为优化目标，通过循环迭代找到机器人最优工位点，实现焊装线机器人的工位设计。本发明专利技术构思合理、设想新颖，使焊装线机器人工位得到合理设计，可提高焊接机器人焊接利用率，实现焊装线的灵活高效生产，具有较强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于焊装线的机器人工位设计方法
本专利技术涉及焊装生产线机器人工位设计
，特别是涉及一种应用于焊装线的机器人工位设计方法。
技术介绍
随着人民生活水平的提高、汽车行业的发展，汽车的市场需求量不断增多，高效的生产效率是生产能力的重要体现，同时更是企业抢占市场份额的重要竞争武器。现今机器人技术成熟并广泛应用，机器人已经成为汽车生产线的主流“工作者”，各车企使用机器人完成焊接、喷涂、装配等工作，使整个生产线实现高效、安全的自动化生产。其中，对于焊接生产线来说，汽车车身焊点数量庞大、分布复杂，而机器人的工作范围与运动方式具有一定的局限性，机器人放置在不同位置对焊接任务的完成存在一定的影响。设计合理的机器人焊接工位，可在完成焊接任务的前提下减小机器人运动量，提高焊点的焊接效率、降低焊接能耗，实现焊接生产线的高效焊接，使生产能力与利润都得到了提高。传统的机器人工位摆放，大多是粗略计算与调整，但是由于设计精度不足，导致许多焊点的焊接运动姿态耗时长、能耗大，致使工位设计效果并不理想。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的机器人工位摆放存在的问题，提供一种应用于焊装线的机器人工位设计方法。为解决上述问题，本专利技术采取如下的技术方案：一种应用于焊装线的机器人工位设计方法，包括以下步骤：步骤一：确定焊点分布范围图形和机器人的可达工作空间图形；步骤二：变换所述可达工作空间图形，利用图形内切法使所述焊点分布范围图形多次内切于所述可达工作空间图形，得到机器人的待选工位范围图形；步骤三：利用图形均等分割法对所述待选工位范围图形进行逐级区块分割，并找到每一级区块分割后的每个区块的等效中心点，得到每一级区块分割后由对应的等效中心点组成的待选工位点集合；步骤四：利用机器人运动学模型和机器人逆运动学法求解出在第N区块分割级对应的待选工位点集合中，每一个待选工位点下机器人末端到达各个焊点的各关节角值和到达各个焊点的距离和；步骤五：将各关节角值依次代入可操作度公式，得到待选工位点对应的各个焊点的可操作度值和以及对应的全部焊点的可操作度值和；步骤六：以基于可操作度指标和距离指标的评价函数的最大值为优化目标，对第N区块分割级对应的待选工位点集合中的全部待选工位点进行比较与寻优，得到第N区块分割级的较优工位点；步骤七：令N加1后返回步骤四，直至第N+1区块分割级的较优工位点与第N区块分割级的较优工位点的评价函数之差满足循环终止判断条件时，循环迭代终止，此时将第N+1区块分割级的较优工位点作为最终设计的机器人最优工位点。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提出的应用于焊装线的机器人工位设计方法首先确定焊点分布范围图形和机器人的可达工作空间图形，利用焊点分布范围图形和可达工作空间图形得到待选工位范围图形，再利用图形均等分割法对待选工位范围图形进行逐级区块分割，得到待选工位点集，并根据机器人运动学模型和机器人逆运动学法求解出待选工位点下各个焊点的距离和以及全部焊点的可操作度值和，最后以基于可操作度指标和距离指标的评价函数的最大值为优化目标，通过循环迭代找到机器人最优工位点，实现焊装线机器人的工位设计。本专利技术利用基于可操作度指标和距离指标的评价函数进行机器人工位寻优，得到合理设计工位，实现生产线空间的合理精准设计，可极大提高生产效率，该设计方法构思合理、设想新颖，使焊装线机器人工位得到合理设计，可提高焊接机器人焊接利用率，实现焊装线的灵活高效生产，同时本专利技术的具体量化的工位设计方法考虑方面更全面，得到的设计结果更加精确，同时使机器人在各个焊点的运动方向灵活性更强，实现低能耗位姿的选择，具有较强的实用性。附图说明图1为本专利技术一个实施例中应用于焊装线的机器人工位设计方法的流程图；图2为本专利技术基于图形内切法求解机器人的待选工位范围图形的示意图；图3为本专利技术利用图形均等分割法对待选工位范围进行逐级区块分割的示意图。具体实施方式本专利技术提供了一种应用于焊装线的机器人工位设计方法，解决了传统的机器人工位摆放存在的焊接运动姿态耗时长、能耗大等问题。需要强调的是，本专利技术所提出的应用于焊装线的机器人工位设计方法不仅适用于汽车焊装线，也适用于其他产品的焊装线。本专利技术设计方法的基本内容是：首先，确定焊点分布范围图形和机器人的可达工作空间图形；然后，结合图形内切方法得到机器人的待选工位范围图形，对待选工位范围图形进行逐级区块分割得到待选工位点集合；最后，利用基于可操作度指标和距离指标的评价函数实现最优工位点选择，完成焊接机器人工位设计。下面将结合附图及较佳实施例对本专利技术的技术方案进行详细描述。在一个实施例中，如图1所示，本专利技术提供一种应用于焊装线的机器人工位设计方法，该方法包括以下步骤：步骤一：确定焊点分布范围图形和机器人的可达工作空间图形。具体地，在本步骤中，根据所有焊点分布情况，来确定机器人焊接时需要到达的整体范围以及可达空间。确定焊点分布范围图形的过程包括以下步骤：首先，将焊点集合中的边缘点顺次连接起来，得到不规则图形；其次，根据不规则图形将焊点分布情况等效为二维图形Pxy，实现焊点范围图形化处理，从而确定焊点分布范围图形。可选地，采用蒙特卡洛法对机器人进行可达性分析，确定机器人的可达工作空间图形。进一步地，采用蒙特卡洛法对机器人进行可达性分析的过程包括以下步骤：步骤一一：采用D-H参数法建立机器人运动学模型，得到机器人末端位姿公式。列出机器人D-H参数表，运用D-H参数法对机器人进行运动学建模，建立机器人运动学模型，得到机器人末端位姿公式即机器人末端姿态与关节角之间的关系，关系表达式为：P＝[PxPyPz]T(1)式中，P表示机器人末端位置，Px、Py、Pz分别表示机器人末端位置的x、y、z坐标值。步骤一二：利用蒙特卡洛法在关节角范围内随机产生关节角值，将随机产生的关节角值代入机器人末端位姿公式，求解公式后得到机器人末端的所有可达点形成的可达工作空间。首先，根据各关节角取值范围，结合rand函数产生随机值，得到随机产生的关节角值，并将所有关节角值组成集合。关节角取值公式为：θi＝θimin+(θimax-θimin)*rand(1,N)(2)式中，θi为关节i的关节角值，i表示关节的数目，θimin表示关节i转角变量的最小值，θimax表示关节i转角变量的最大值，rand为生成随机数的函数，N为生成函数列的个数。其次，将集合中的各关节角值代入式(1)中，求得机器人可达工作空间点，所有可达工作空间点组成的集合即为机器人的可达工作空间。机器人的可达工作空间表达式为：W(P)＝{Pn|θimin≤θ≤θimax}(3)式中，W(P)表示机器人的可达工作空间，Pn为可达工作空间点，θ表示为关节角，θimin、θimax为关节角的上下限范围。步骤一三：对可达工作空间进行近似图形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于焊装线的机器人工位设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：确定焊点分布范围图形和机器人的可达工作空间图形；/n步骤二：变换所述可达工作空间图形，利用图形内切法使所述焊点分布范围图形多次内切于所述可达工作空间图形，得到机器人的待选工位范围图形；/n步骤三：利用图形均等分割法对所述待选工位范围图形进行逐级区块分割，并找到每一级区块分割后的每个区块的等效中心点，得到每一级区块分割后由对应的等效中心点组成的待选工位点集合；/n步骤四：利用机器人运动学模型和机器人逆运动学法求解出在第N区块分割级对应的待选工位点集合中，每一个待选工位点下机器人末端到达各个焊点的各关节角值和到达各个焊点的距离和；/n步骤五：将各关节角值依次代入可操作度公式，得到待选工位点对应的各个焊点的可操作度值和以及对应的全部焊点的可操作度值和；/n步骤六：以基于可操作度指标和距离指标的评价函数的最大值为优化目标，对第N区块分割级对应的待选工位点集合中的全部待选工位点进行比较与寻优，得到第N区块分割级的较优工位点；/n步骤七：令N加1后返回步骤四，直至第N+1区块分割级的较优工位点与第N区块分割级的较优工位点的评价函数之差满足循环终止判断条件时，循环迭代终止，此时将第N+1区块分割级的较优工位点作为最终设计的机器人最优工位点。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用于焊装线的机器人工位设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：确定焊点分布范围图形和机器人的可达工作空间图形；
步骤二：变换所述可达工作空间图形，利用图形内切法使所述焊点分布范围图形多次内切于所述可达工作空间图形，得到机器人的待选工位范围图形；
步骤三：利用图形均等分割法对所述待选工位范围图形进行逐级区块分割，并找到每一级区块分割后的每个区块的等效中心点，得到每一级区块分割后由对应的等效中心点组成的待选工位点集合；
步骤四：利用机器人运动学模型和机器人逆运动学法求解出在第N区块分割级对应的待选工位点集合中，每一个待选工位点下机器人末端到达各个焊点的各关节角值和到达各个焊点的距离和；
步骤五：将各关节角值依次代入可操作度公式，得到待选工位点对应的各个焊点的可操作度值和以及对应的全部焊点的可操作度值和；
步骤六：以基于可操作度指标和距离指标的评价函数的最大值为优化目标，对第N区块分割级对应的待选工位点集合中的全部待选工位点进行比较与寻优，得到第N区块分割级的较优工位点；
步骤七：令N加1后返回步骤四，直至第N+1区块分割级的较优工位点与第N区块分割级的较优工位点的评价函数之差满足循环终止判断条件时，循环迭代终止，此时将第N+1区块分割级的较优工位点作为最终设计的机器人最优工位点。


2.根据权利要求1所述的应用于焊装线的机器人工位设计方法，其特征在于，确定焊点分布范围图形的过程包括以下步骤：
将全部焊点中的边缘点顺次连接起来，得到不规则图形；
根据所述不规则图形将焊点分布情况等效为二维图形，实现焊点范围图形化处理，确定焊点分布范围图形。


3.根据权利要求1或2所述的应用于焊装线的机器人工位设计方法，其特征在于，
采用蒙特卡洛法对机器人进行可达性分析，确定机器人的可达工作空间图形。


4.根据权利要求3所述的应用于焊装线的机器人工位设计方法，其特征在于，采用蒙特卡洛法对机器人进行可达性分析的过程包括以下步骤：
步骤一一：采用D-...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明超，刘美娇，李艳辉，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22