白車身焊接機器人焊接路徑規劃研究

韓帥

摘 要：白車身焊接是汽車制造中的一個重要環節，對整個車的質量起決定性作用。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鍵。由于我國在白車身焊接機器人焊接路徑規劃上落后于世界發達水平，所以相關路徑規劃還不夠完善。本文就針對白車身焊接機器人焊接路徑規劃進行研究，并針對路徑規劃提出相關意見。

關鍵詞：白車身；機器人焊接；路徑規劃

我國目前白車身焊接機器人焊接路徑規劃方面仍處于落后水平，相關路徑規劃也極為不完善，機器人工作的過程中經常出現作業順序不合理的狀況，導致生產周期增長，影響整個焊接線路的發展。所以如何制定出一條合理的路徑規劃是當前首要目標，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劃可以有效縮短機器人生產時間，進而縮短整個工期，提高整個生產效率，某種程度上降低了生產成本。另一方面，白車身焊接機器人焊接路徑規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濟價值。

二、白車身焊接機器人焊接路徑規劃

（一）路徑規劃的基本任務

現代化工業生產的主要目標是為了獲得較高的制造質量、取得較高的生產率，而付出較低的生產成本，這是現代企業提高自身競爭力的重要手段，也是路徑規劃中的主要任務之一，而在路徑規劃的過程中要想保證焊接質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，從而保證焊接的穩定性。

第二，要完成所有的焊接點，保證焊接的工藝參數。

要想實現較低的制造成本就是最大化的利用現有資源，提高機器人的工作效率，縮短機器人工位的生產周期，減少機器人的使用數量。路徑規劃的重要方向就是提高生產率，保證生產環節的順利進行，縮短生產周期，提高生產率。

（二）路徑規劃

白車身焊接機器人焊接路徑規劃主要有兩個分支，一是改變工藝參數，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周期。第二個分支實現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效率，最終縮短整個生產周期。

（三）遺傳算法

遺傳算法是進化算法中產生最早、應用最廣泛的一種基本算法，在工程技術和經濟管理領域都有廣泛的應用。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，在生產的過程中常常追求沒有意義的高精度。

第三，在解答相關問題時需要運用數學方法。

第四，因為方案最終應用于企業，所以數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，從而節約時間。

第二，能夠在很大程度上優化焊接作業順序，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，在全局中找到最優解。

三、路徑規劃的仿真

（一）仿真系統的各要素

路徑仿真系統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，而一個特定的模型又是由一個參數和一組參數值構成。例如白車身點焊機器人焊接路徑的參數模型一般包括家具模型、機器人模型、側圍模型，在這基礎之上還加入了具體的參數值，就形成了特定的模型。

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

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、結構行為以及點行為。

仿真系統中都要獲取軌跡行為，這些行為的獲取主要是根據時間的推移而產生的。

（二）仿真軟件的選擇

一個完善的機器人仿真系統可以依據機器人的運動學、動力學、行為軌跡等多項內容進行仿真計算，并可以根據機器人的實際操作內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劃做一個仿真方案，而不是設計出一個機器人的仿真系統。在進行機器人路徑規劃時需要一定的條件，在現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白車身焊接工位情況，且工作量較大。CATIA與VC++相比最大的優勢就是可以建立詳細的三維模型，能夠全方位展現工位情況，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。

四、小結

白車身主要是以鋼結構為主的支架，是汽車中重要組成部分。而車身制造是整個環節中比較復雜又極為重要的一環，影響整個汽車的質量。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投資，提高我國白車身制造綜合競爭。

參考文獻：

[1]王立東.基于Christofides算法的白車身焊接機器人路徑優化[J].河西學院學報，2011，27（2）：96-100.

[2]劉海江，張春偉，姜冬冬等.白車身焊接機器人干涉問題研究[J].機械設計，2011，28（3）：41-44.

[3]秦基偉，章敏鳳，楊寧等.基于DELMIA/Robotics的白車身焊接機器人仿真應用[J].制造業自動.