汽车白车身机器人焊接路径优化技术研究

【 ６ ２ ｌ 第３ ５ 卷
第９ 期 ２ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ １ ３ — ０ ０ （ 上）
务１
訇 出
２ ）初 始种 群 利 用 经 典 的近 似 算 法 （ 即 改 良 圈算 法 ）求 得
一
个较 好 的初始 种群 】 。对于 初始 圈 ：
Ｃ ＝Ｗ ｌ … Ｗｖ １ Ｗｖ Ｗ ｖ＋ １…
短 ，因此焊接路径 问题是典型的旅行商问题Ｉ 。
某 型 面 包 车 地 板 总 成 由几 十 个 零 件 焊 接 而
图１ 机 器人 焊 接 布 局 图
收稿日期：２ ０ １ ３ － ０ ３ － ２ ４ 作者简介：宋林森 （ １ ９ ７ ５一），男，黑龙江富锦人 ，副教授 ，博士 ，研究方向为数字化设计与制造和模具 设计与制造 。
０ 引言
汽 车 作 为 数 量 最 多 、活 动 范 围最 广 、运 输 量 最 大 的现 代 化 交 通 工具 ，在 国 民经 济 中 发挥 着重 要 的作 用 。然 而 随 着市 场 竞 争 的 加 剧 ，各 汽 车 企 业 纷 纷 把 缩 短 产 品 的上 市 周 期 和 提 高 产 品质 量 作 为 提 高 产 品市 场 占有 率 的有 效 手 段 。而 白车 身 作 为 汽 车 的重 要 组 成 部分 ，其 高 质 和 高 效生 产 是 提 高 整 车 生 产 效 率 的 关键 。 目前 机 器 人焊 接 技 术 已 以在 国 内外 汽 车 生 产企 业 白车 身 生 产 中得 到 了普
成 ，焊 接 方法 主 要 采 用 电 阻 点焊 。此 工 位 焊 接共
由四 台机器 人 组成 ，如 图１ 所 示 。与其 他二 个 机器 人 相 比 ，机 器 人Ｒ０ ３ 和机 器 人Ｒ ０ ４ 的焊 点最 多 ，分 别有３ ９ 个 焊 点 ，且 分 布 范 围 广 ，分 布 不 规 则 ，从
ｗ
＋１
ｌ
）。
其 中 ： Ｃ为 初 始 种 群 中 的 个 体 ， ｄ ｗ ｖ ｗ ． 为 编 号 的焊 点到 编号 的焊 点之 间的距 离 。 若Ａ ｆ ０ ， 则 以新得 到 的路 线取 代 旧 的路 线 ，
宋林森，杜紫微 ，郭好杰
Ｓ ＯＮ Ｇ Ｌ ｉ ｎ ． ｓ ｅ ｎ ，Ｄ Ｕ Ｚ ｉ ． ｗｅ ｉ ，ＧＵ ０ Ｈ ａ ｏ － ｊ ｉ ｅ
（ 长春理工大学 ， 长春 １ ３ ０ ０ ２ ２ ）
摘 要 ：机器人焊接路径规划在白车身的生产制造过程 占着重要的地位 ，选 取最佳焊接路径 已成为节约
生产成本 、提 高生产效率 的关键。本文 以某 型面包车地板 总成的一个 补焊 工位为研究对象 ， 建立了抽象为 旅行商问题 的焊 接路径规划数 学模型 ，采用 遗传算法对机器 人的焊接路径进 行 优化 ， 利用Ｒ Ｏ Ｂ Ｃ Ａ Ｄ 软件进行 了机器人的焊接路径仿真计算 ， 取得了 良好的效果。 关键词 ：白车身 ； 机器人焊接 ；遗传算法 ；路径优化
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ ４ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ９ （ 上） － ０ ０ ６ ２ － ０ ３
Ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ９ （ 上） ． １ ７
析 机 器 人 焊 接 的旅 行 商 问题 ， 采 用遗 传 算 法 对 机 器 人 的 焊 接 路径 进 行 优 化 ，对 于缩 短 焊 接 时 间 ，
提高 生产 效率 ，节 约成本 具有 重要 的意义 。
１ 焊接路径优 化模型 的建立
在 白车 身 焊 接 的 过程 中 ，一 台机 器 人 的 工 具 原点位姿 （ 即焊 钳 原 点位 姿 ）从 作 业原 点 出发 ， 焊 接 所 有 焊 点 ，回到 作 业 原 点 ，求 路程 或 时 间最
一
一
１
＋ １ ２＜ －ｖ ＵＳ３ ９
２ Ｗｖ≤
３ ９
交换 “和 ｖ 之 间 的顺序 ，此 时的新 路径 为 ：
Ｃ ＝ ｗｌ … ｗｖ１ ｗ ．ｗ ｖ ＋ １ …
＿
ｗ． １ ｗｖ ｗ＃ ＋ ｌ
＿
记
一
＋ ｗ ¨ ＋ｄ
（
＋ ｗ
一
＋
＋１
一
１ ｗｖ ＋
而 增 加 了机 器 人 的运 动 路径 和时 间 ，成 为 了 阻碍 整 个 焊 接 系统 效 率 的瓶 颈 。 因此 本 文 以机 器 Ｒ ０ ４ （ Ｒ ０ ３ 和Ｒ ０ ４ 为对 称分 布 ）的焊 接路 径 为 目标 进行
优 化 。通 过 对 ３ ９ 个 焊 点 的 空 间坐 标 进 行 分析 ， 虽 然 这些焊 点 并不 位于 一个 平面 内 ，但 各点 在Ｚ 轴方 向上 变化 很 小 。 因此 ，在对 分 析 结 果影 响不 大 的
ｌ
訇 化
汽车 白车身机器人焊接路径优化技术研究
Ｔｅ ｃｈ ｎｏｌ ｏｇ ｙ ｒ ｅｓ ｅａｒ ｃ ｈ ｏｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｂｏ ｔ ｗ ｅｌ ｄｉ ｎｇ ｐ ａ ｔ ｈ ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ａｕ ｔ ｏ ｍ ｏｔ ｉ ｖ ｅ ｂｏ ｄ ｙ－ ｉ ｎ － ｗ ｈｉ ｌ ｅ
及 ，而 在 国 内 白车身 生产 中 ，机 器人 焊 接 路 径 规
划 多 以人 工 规划 为 主 ，缺 乏 严 格 的数 学论 证 ，从 而 导 致 机 器 人 作 业 顺序 不 合 理 ， 生 产 周期 过 长 ，
前 提 下 ，为 了简 化 运 算 ，提 高 计 算 效 率 ，本 文 忽
略焊 点Ｚ 方 向的坐 标变化 ，将 ３ ９ 个 焊点 投影到 Ｘ ＯＹ 平 面 内 ，变 成 了二 维空 间的位置 关 系 ，如 图２ 所 示 是３ ９ 个焊 点的平 面分布 图。
严 重 影 响 了 白车 身 焊 接 生 产 线 的 生产 效 率 。本 文
以某 型 面 包 车地 板 总成 的 一 个 补焊 工 位 为 例 ，分