一種改進(jìn)粒子群算法的多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人自動(dòng)焊接控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于協(xié)同多臺焊接機(jī)器人焊接工作順序和焊接路徑規(guī)劃控制的協(xié)同控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在自動(dòng)焊接生產(chǎn)線中由單臺焊接機(jī)器人直接完成焊接工作時(shí)，較容易控制焊接機(jī)器人的工作順序和焊接路徑，但在工件長度較大，且需要焊接的焊縫較多的生產(chǎn)線中，僅使用單臺焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接，工作效率低，不能體現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的高效性。如在車廂板焊接生產(chǎn)線中，車廂板是在一大鋼板上再加焊上很多肋形成的，要求工件各部分的形位公差小于±0.5mm，工件裝配好后對接焊縫間隙不超過焊絲的半徑，工件裝配好后角接焊縫間隙不超過焊絲的直徑，工件一致性好，焊縫形位偏差小于1mm，車廂板需要雙面焊接，對焊接質(zhì)量要求較高，工件尺寸大，采用人工焊接或單臺焊接機(jī)器人焊接，工作效率都比較低，生產(chǎn)成本高，已不適應(yīng)現(xiàn)有企業(yè)的發(fā)展需求。采用多臺焊接機(jī)器人同時(shí)焊接，通常采用人工輸入焊點(diǎn)數(shù)據(jù)以及人工規(guī)劃機(jī)器人焊接路徑，采用這種方法無法實(shí)現(xiàn)焊接路徑的最優(yōu)化，也無法實(shí)現(xiàn)多臺機(jī)器人焊接聯(lián)動(dòng)的效率最優(yōu)化。因此有必要發(fā)明一種可協(xié)同控制多臺焊接機(jī)器人同時(shí)焊接并能夠達(dá)到焊接路徑及效率最優(yōu)化的協(xié)同控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)粒子群算法的多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)，能夠控制單臺機(jī)器人與多臺機(jī)器人協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)單臺機(jī)器人的焊接路徑最優(yōu)化和多臺機(jī)器人協(xié)同焊接工作的任務(wù)效率最優(yōu)化的效果。
[0004]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是:一種改進(jìn)粒子群算法的多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)，包括安裝有協(xié)同控制軟件的PC機(jī)及多臺焊接機(jī)器人，每一臺焊接機(jī)器人包括用于焊接的機(jī)械手及驅(qū)動(dòng)控制機(jī)械手工作的機(jī)器人控制柜，機(jī)械手上設(shè)置有用于感應(yīng)機(jī)械手位置的機(jī)械手傳感器，所述PC機(jī)的輸出端分別通過以太網(wǎng)與每一臺焊接機(jī)器人的機(jī)器人控制柜連接，每一臺焊接機(jī)器人的機(jī)械手傳感器通過信號電纜與其對應(yīng)的機(jī)器人控制柜連接，每一臺焊接機(jī)器人的機(jī)械手傳感器還通過以太網(wǎng)與PC機(jī)的輸入端連接。
[0005]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述安裝有協(xié)同控制軟件的PC機(jī)協(xié)同控制焊接的過程包括以下步驟:(一)輸入PC機(jī)所控制的機(jī)械手的數(shù)量和每臺機(jī)械手的位置坐標(biāo)，以及每臺機(jī)械手的行程區(qū)域；(二)通過PC機(jī)的輸入設(shè)備手動(dòng)輸入或?qū)牒更c(diǎn)數(shù)據(jù)；(三)初始化多臺機(jī)械手的焊接區(qū)域信息；(四)多臺機(jī)械手焊接區(qū)域信息分別更新至單臺機(jī)械手控制單元；(五)用改進(jìn)粒子群算法計(jì)算單臺機(jī)械手最優(yōu)焊接路徑；(六)對比單臺機(jī)械手在初始化焊接區(qū)域內(nèi)的完成時(shí)間，若焊接時(shí)間不同重新調(diào)整多臺機(jī)械手的焊接區(qū)域，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化多臺機(jī)械手協(xié)同控制焊接區(qū)域；(七)以焊接完成時(shí)間為依據(jù)判斷控制策略是否達(dá)到最優(yōu)化，各臺機(jī)械手完成焊接的時(shí)間差在協(xié)同控制軟件容許的范圍內(nèi)則認(rèn)為達(dá)到最優(yōu)化，否則未達(dá)到最優(yōu)化，是達(dá)到最優(yōu)化則直接進(jìn)入下一步，未達(dá)到最優(yōu)化則返回步驟(四)；(八)以最優(yōu)化控制算法所算出的焊接路徑實(shí)施焊接控制。
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述步驟(五)用改進(jìn)粒子群算法計(jì)算單臺機(jī)械手最優(yōu)焊接路徑包括以下步驟:(I)初始化和進(jìn)行路徑編碼，對單臺機(jī)械手任務(wù)區(qū)域內(nèi)的焊點(diǎn)信息進(jìn)行初始化和路徑編碼；(2)利用密度化策略產(chǎn)生初始種群，每個(gè)焊接路徑以密度最小路徑最短為原則，確定種群信息；(3)計(jì)算適應(yīng)度、個(gè)體與全局最優(yōu)初始參數(shù)；(4)更新粒子速度與位置、更新種群適應(yīng)度函數(shù)值、更新個(gè)體與全局種群最優(yōu)參數(shù)；(5)判斷粒子種群是否局部最優(yōu)，是則加入類PID擾動(dòng)信號并返回步驟(4)，否則直接進(jìn)入下一步；(6)判斷粒子種群是否全局最優(yōu)，是則完成控制算法并保存最優(yōu)參數(shù)，否再返回步驟(4)。
[0007]本發(fā)明改進(jìn)粒子群算法的多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)具有如下有益效果:
1、本發(fā)明協(xié)同控制系統(tǒng)中機(jī)械手傳感器一方面直接通過以太網(wǎng)網(wǎng)線將信號傳回給PC機(jī)，另一方面又通過信號電纜將信號傳輸回到機(jī)器人控制柜的控制器，由控制器的PLC控制單元處理并再通過網(wǎng)線回傳至PC機(jī)，PC機(jī)的協(xié)同控制軟件得到機(jī)械手傳感器的反饋信號，再根據(jù)反饋信息由協(xié)同控制軟件的控制算法實(shí)時(shí)調(diào)整控制策略和控制參數(shù)，然后繼續(xù)把新的控制命令傳輸給機(jī)器人控制柜的控制器，機(jī)器人控制柜的控制器再控制機(jī)械手工作，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的持續(xù)控制和調(diào)整，該控制方式構(gòu)成了雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，以最終實(shí)現(xiàn)對多臺焊接機(jī)器人機(jī)械手的協(xié)同和精確控制；
2、本發(fā)明協(xié)同控制系統(tǒng)控制單臺機(jī)器人與多臺機(jī)器人協(xié)同工作，采用區(qū)域聯(lián)動(dòng)策略的改進(jìn)型粒子群算法，實(shí)現(xiàn)單臺機(jī)器人的焊接路徑最優(yōu)化和多臺機(jī)器人協(xié)同工作的任務(wù)效率最優(yōu)化，傳統(tǒng)人工輸入焊點(diǎn)數(shù)據(jù)以及人工規(guī)劃機(jī)器人焊接路徑，無法實(shí)現(xiàn)焊接路徑的最優(yōu)化，也無法實(shí)現(xiàn)多臺機(jī)器人焊接聯(lián)動(dòng)的效率最優(yōu)化。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)方法的不足，實(shí)現(xiàn)了多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制、自動(dòng)控制和智能優(yōu)化控制；
3、多臺焊接機(jī)器人采用協(xié)同控制系統(tǒng)，極大提高了焊接效率，以運(yùn)用在一條車廂板的焊接生產(chǎn)線為例，可使得整條自動(dòng)焊接生產(chǎn)線能夠形成年產(chǎn)能2萬塊專用車車廂板的生產(chǎn)任務(wù)，比原來的年產(chǎn)能提高了 2倍多，而且人力減少9倍，極大降到了勞動(dòng)強(qiáng)度、人力成本和管理成本。
[0008]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明改進(jìn)粒子群算法的多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)作進(jìn)一步的說明。
【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明改進(jìn)粒子群算法的多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明改進(jìn)粒子群算法的多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)的控制流程圖；
圖3是本發(fā)明改進(jìn)粒子群算法的多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)中用改進(jìn)粒子群算法計(jì)算單臺機(jī)械手最優(yōu)焊接路徑的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1所示，本發(fā)明改進(jìn)粒子群算法的多臺焊接機(jī)器人協(xié)同控制系統(tǒng)(簡稱“協(xié)同控制系統(tǒng)”)，包括安裝有協(xié)同控制軟件的PC機(jī)及多臺焊接機(jī)器人，PC機(jī)是臺式計(jì)算機(jī)，每一臺焊接機(jī)器人包括用于焊接的機(jī)械手及驅(qū)動(dòng)控制機(jī)械手工作的機(jī)器人控制柜，機(jī)械手上設(shè)置有用于感應(yīng)機(jī)械手位置的機(jī)械手傳感器。所述PC機(jī)的輸出端分別通過以太網(wǎng)與每一臺焊接機(jī)器人的機(jī)器人控制柜連接，PC機(jī)可以通過PC機(jī)本身的以太網(wǎng)Ethernet卡，也可以另外安裝工控板卡，由以太網(wǎng)Ethernet卡接出網(wǎng)線，由網(wǎng)線連接到每臺焊接機(jī)器人的機(jī)器人控制柜中的控制器，每一臺焊接機(jī)器人的機(jī)械手傳感器通過信號電纜與其對應(yīng)的機(jī)器人控制柜連接，每一臺焊接機(jī)器人的機(jī)械手傳感器還通過以太網(wǎng)與PC機(jī)的輸入端連接。[0011 ] 焊接機(jī)器人的控制器接收來自PC機(jī)的控制命令，按照PC機(jī)的協(xié)同控制軟件所設(shè)定的控制算法(后續(xù)介紹)，根據(jù)來自PC機(jī)的控制命令，焊接機(jī)器人控制器的PLC控制單元驅(qū)動(dòng)各機(jī)械手的伺服機(jī)構(gòu)，對焊接機(jī)器人的機(jī)械手各個(gè)自由度和焊槍進(jìn)行控制，同時(shí)械手傳感器信號一方面直接通過以太網(wǎng)網(wǎng)線傳回PC機(jī)，另一方面又通過信號電纜傳輸回到機(jī)器人控制柜中的控制器，由控制器的PLC控制單元處理并再通過網(wǎng)線回傳至PC機(jī)，PC機(jī)的協(xié)同控制軟件得到機(jī)械手傳感器的反饋信號，再根據(jù)反饋信息由協(xié)同控制軟件的控制算法實(shí)時(shí)調(diào)整控制策略和控制參數(shù)，然后繼續(xù)把新的控制命令傳輸給焊接機(jī)器人控制柜中的控制器，實(shí)現(xiàn)對焊接機(jī)器人機(jī)械手的持續(xù)控制和調(diào)整，該控制方式構(gòu)成了雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，以最終實(shí)現(xiàn)對多臺焊接機(jī)器