一種改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及機器人自動焊接控制技術領域，特別涉及一種用于協(xié)同多臺焊接機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】
[0002]在自動焊接生產線中由單臺焊接機器人直接完成焊接工作時，較容易控制焊接機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線中，僅使用單臺焊接機器人進行焊接，工作效率低，不能體現(xiàn)自動化生產的高效性。如在車廂板焊接生產線中，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，對焊接質量要求較高，工件尺寸大，采用人工焊接或單臺焊接機器人焊接，工作效率都比較低，生產成本高，已不適應現(xiàn)有企業(yè)的發(fā)展需求。采用多臺焊接機器人同時焊接，通常采用人工輸入焊點數(shù)據以及人工規(guī)劃機器人焊接路徑，采用這種方法無法實現(xiàn)焊接路徑的最優(yōu)化，也無法實現(xiàn)多臺機器人焊接聯(lián)動的效率最優(yōu)化。因此有必要實用新型一種可協(xié)同控制多臺焊接機器人同時焊接并能夠達到焊接路徑及效率最優(yōu)化的協(xié)同控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)，能夠控制單臺機器人與多臺機器人協(xié)同工作，實現(xiàn)單臺機器人的焊接路徑最優(yōu)化和多臺機器人協(xié)同焊接工作的任務效率最優(yōu)化的效果。
[0004]本實用新型為實現(xiàn)上述目的采用的技術方案是:一種改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)，包括安裝有協(xié)同控制軟件的PC機及多臺焊接機器人，每一臺焊接機器人包括用于焊接的機械手及驅動控制機械手工作的機器人控制柜，機械手上設置有用于感應機械手位置的機械手傳感器，所述PC機的輸出端分別通過以太網與每一臺焊接機器人的機器人控制柜連接，每一臺焊接機器人的機械手傳感器通過信號電纜與其對應的機器人控制柜連接，每一臺焊接機器人的機械手傳感器還通過以太網與PC機的輸入端連接。
[0005]本實用新型改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)具有如下有益效果:
[0006]1、本實用新型協(xié)同控制系統(tǒng)中機械手傳感器一方面直接通過以太網網線將信號傳回給PC機，另一方面又通過信號電纜將信號傳輸回到機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線回傳至PC機，PC機的協(xié)同控制軟件得到機械手傳感器的反饋信號，再根據反饋信息由協(xié)同控制軟件的控制算法實時調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器人控制柜的控制器，機器人控制柜的控制器再控制機械手工作，實現(xiàn)對機械手的持續(xù)控制和調整，該控制方式構成了雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，以最終實現(xiàn)對多臺焊接機器人機械手的協(xié)同和精確控制；
[0007]2、多臺焊接機器人采用協(xié)同控制系統(tǒng)，極大提高了焊接效率，以運用在一條車廂板的焊接生產線為例，可使得整條自動焊接生產線能夠形成年產能2萬塊專用車車廂板的生產任務，比原來的年產能提高了 2倍多，而且人力減少9倍，極大降到了勞動強度、人力成本和管理成本。
[0008]下面結合附圖和實施例對本實用新型改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)作進一步的說明。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)的結構框圖；
[0010]圖2是本實用新型改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)的控制流程圖；
[0011]圖3是本實用新型改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)中用改進粒子群算法計算單臺機械手最優(yōu)焊接路徑的流程圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示，本實用新型改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(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機及多臺焊接機器人，PC機是臺式計算機，每一臺焊接機器人包括用于焊接的機械手及驅動控制機械手工作的機器人控制柜，機械手上設置有用于感應機械手位置的機械手傳感器。所述PC機的輸出端分別通過以太網與每一臺焊接機器人的機器人控制柜連接，PC機可以通過PC機本身的以太網Ethernet卡，也可以另外安裝工控板卡，由以太網Ethernet卡接出網線，由網線連接到每臺焊接機器人的機器人控制柜中的控制器，每一臺焊接機器人的機械手傳感器通過信號電纜與其對應的機器人控制柜連接，每一臺焊接機器人的機械手傳感器還通過以太網與PC機的輸入端連接。
[0013]焊接機器人的控制器接收來自PC機的控制命令，按照PC機的協(xié)同控制軟件所設定的控制算法(后續(xù)介紹)，根據來自PC機的控制命令，焊接機器人控制器的PLC控制單元驅動各機械手的伺服機構，對焊接機器人的機械手各個自由度和焊槍進行控制，同時械手傳感器信號一方面直接通過以太網網線傳回PC機，另一方面又通過信號電纜傳輸回到機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線回傳至PC機，PC機的協(xié)同控制軟件得到機械手傳感器的反饋信號，再根據反饋信息由協(xié)同控制軟件的控制算法實時調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器人控制柜中的控制器，實現(xiàn)對焊接機器人機械手的持續(xù)控制和調整，該控制方式構成了雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，以最終實現(xiàn)對多臺焊接機器人機械手的協(xié)同和精確控制。
[0014]請同時參見圖2、圖3所示，所述安裝有協(xié)同控制軟件的PC機協(xié)同控制焊接的過程包括以下步驟:
[0015](—)輸入PC機所控制的機械手的數(shù)量和每臺機械手的位置坐標，以及每臺機械手的行程區(qū)域；
[0016](二)通過PC機的輸入設備手動輸入或導入焊點數(shù)據；
[0017](三)初始化多臺機械手的焊接區(qū)域信息；
[0018](四)多臺機械手焊接區(qū)域信息分別更新至單臺機械手控制單元:具體是將焊點數(shù)據與多臺機械手的焊接區(qū)域進行匹配，按照焊點數(shù)據的位置信息與機械手行程區(qū)域信息對應，且每臺機械手焊接任務平均分配的原則，把匹配后的多臺機械手焊接區(qū)域信息分別更新至單臺機械手控制單元；
[0019](五)用改進粒子群算法計算單臺機械手最優(yōu)焊接路徑；
[0020](六)對比單臺機械手在初始化焊接區(qū)域內的完成時間，若焊接時間不同重新調整多臺機械手的焊接區(qū)域，實現(xiàn)最優(yōu)化多臺機械手協(xié)同控制焊接區(qū)域；
[0021](七)以焊接完成時間為依據判斷控制策略是否達到最優(yōu)化，各臺機械手完成焊接的時間差在協(xié)同控制軟件容許的范圍內則認為達到最優(yōu)化，否則未達到最優(yōu)化，是達到最優(yōu)化則直接進入下一步，未達到最優(yōu)化則返回步驟(四)；
[0022](八)以最優(yōu)化控制算法所算出的焊接路徑實施焊接控制。
[0023]所述步驟(五)用改進粒子群算法計算單臺機械手最優(yōu)焊接路徑包括以下步驟:
(1)初始化和進行路徑編碼，對單臺機械手任務區(qū)域內的焊點信息進行初始化和路徑編碼；
(2)利用密度化策略產生初始種群，每個焊接路徑以密度最小路徑最短為原則，確定種群信息；(3)計算適應度、個體與全局最優(yōu)初始參數(shù)；(4)更新粒子速度與位置、更新種群適應度函數(shù)值、更新個體與全局種群最優(yōu)參數(shù)；(5)判斷粒子種群是否局部最優(yōu)，按照達到所設定的最大迭代次數(shù)(例如設定為10000次)為一次最優(yōu)種群收斂運算的原則，進行達到五次(可通過軟件設定)最優(yōu)種群收斂運算(每次運算前必須隨機初始化粒子的各項參數(shù))且超過三次最優(yōu)種群收斂運算得到的收斂結果基本一致，則認為是全局最優(yōu)，否則為局部最優(yōu)。若種群進入局部最優(yōu)化，則加入類似PID擾動信號對種群進行干預，之后返回步驟(4)，該類PID控制信號具備比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)，按照輸入e(t)與輸出u(t)的u(t)=kp(e(t)+l/TI I e(t)dt+TD*de(t)/dt)的關系產生一組隨機數(shù)序列，作為擾動信號加入，促使種粒子群脫離局部最優(yōu)化，最終確保全局尋優(yōu)獲得全局最優(yōu)化路徑參數(shù)；若粒子種群不是局部最優(yōu)，否則直接進入下一步；(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)。
[0024]本實用新型采用改進粒子群算法，與普通粒子群算法不同之處是在粒子種群局部最優(yōu)時加入類似PID擾動信號，相比傳統(tǒng)的粒子群算法，在粒子種群局部最優(yōu)時不需要加入類似PID擾動信號，若不加入類似PID擾動信號，很容易使系統(tǒng)進入局部最優(yōu)化而不是全局最優(yōu)化，容易得不到最優(yōu)控制參數(shù)。本實用新型在粒子種群局部最優(yōu)時加入類PID擾動信號能夠使粒子種群脫離更快速和更有效的脫離局部最優(yōu)化，獲得更佳的控制效果。保證每臺機械手的焊接任務區(qū)域之間不交叉，避免機械手之間碰撞，經過優(yōu)化后，保證每臺機械手在任務區(qū)域的焊接時間基本相等，盡量使多臺機械手同時焊接完成。
[0025]經過實踐證明，將本實用新型協(xié)同控制系統(tǒng)運用于一車廂板的自動焊接生產線中，共8臺焊接機器人采用協(xié)同控制系統(tǒng)，極大提高了焊接效率，即使得整條該自動焊接生產線能夠形成年產能2萬塊專用車車廂板的生產任務，比原來的年產能提高了 2倍多，而且人力減少9倍，極大降到了勞動強度、人力成本和管理成本。
[0026]以上實施例僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型的結構并不限于上述實施例列舉的形式，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)，其特征在于，包括安裝有協(xié)同控制軟件的PC機及多臺焊接機器人，每一臺焊接機器人包括用于焊接的機械手及驅動控制機械手工作的機器人控制柜，機械手上設置有用于感應機械手位置的機械手傳感器，所述PC機的輸出端分別通過以太網與每一臺焊接機器人的機器人控制柜連接，每一臺焊接機器人的機械手傳感器通過信號電纜與其對應的機器人控制柜連接，每一臺焊接機器人的機械手傳感器還通過以太網與PC機的輸入端連接。
【專利摘要】本實用新型改進粒子群算法的多臺焊接機器人協(xié)同控制系統(tǒng)，涉及機器人自動焊接控制技術領域，包括安裝有協(xié)同控制軟件的PC機及多臺焊接機器人，每一臺焊接機器人包括用于焊接的機械手及驅動控制機械手工作的機器人控制柜，機械手上設置有用于感應機械手位置的機械手傳感器，所述PC機的輸出端分別通過以太網與每一臺焊接機器人的機器人控制柜連接，每一臺焊接機器人的機械手傳感器通過信號電纜與其對應的機器人控制柜連接，每一臺焊接機器人的機械手傳感器還通過以太網與PC機的輸入端連接。焊接機器人采用雙閉環(huán)的控制策略，機械手的焊接動作和位置通過傳感器同時反饋到焊接機器人控制器和PC機，以實現(xiàn)位置信息的準確無誤和最優(yōu)的焊接路徑規(guī)劃控制。
【IPC分類】B23K37/00
【公開號】CN204934904
【申請?zhí)枴緾N201520582311
【發(fā)明人】蒙飚, 歐全梅, 蔣文勝, 楊紀壽, 林火生, 吳星, 王斌武, 凌勛
【申請人】柳州職業(yè)技術學院
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年8月5日