[发明专利]一种基于分步优化的多机器人多工位协作点焊规划方法

说明书

本发明公开了一种基于分步优化的多机器人多工位协作点焊作业规划方法，包括：对多机器人多工位协作点焊作业优化问题进行描述与分析，并设立约束条件与优化目标，建立多机器人多工位协作点焊作业优化模型；基于任务均衡原则，建立初始分配方案，进行焊点编码分配和遗传算法迭代求解，得到局部最优焊点分配方案；单机器人焊点排序；完成焊点工位分配，得到多机器人多工位协作点焊作业规划方案。本发明提供了一种多机器人协作多工位点焊作业规划方法，解决了多机器人多工位任务规划问题约束和模型复杂、搜索解空间广导致难于求解的问题，提高了算法的搜索能力和收敛速度。

技术领域

本发明涉及多机器人协作任务规划技术领域，特别是涉及一种基于分步优化的多机器人多工位协作点焊规划方法。

背景技术

随着机器人技术的发展，工业机器人已经被广泛地应用于工业生产和日常生活的各方各面，如焊接、喷涂、搬运等领域。汽车内饰件点焊作业在以往的手动焊接作业中，需要焊接工人长期接触弧光和高温，而且工作强度比较大，这种存在危险的工作并不能长期操作，很容易对工人身体造成不可挽回的损伤。焊接机器人操作更加灵活，不但可以在提高机械制造的效率基础上，降低成本，还能确保操作工人的身体健康，在焊接作业中发挥重要的作用。

目前大多数工厂机器人系统采用示教及离线编程的方式，机器人轨迹由人工示教编程完成，存在着比如生产成本较高、环境适应能力差等缺陷，很难做到本工位和工位间节拍平衡，多种产品切换时，生产线也需要平衡，故在生产过程中，机器人有较多的等待时间。针对机器人轨迹优化的任务规划问题，目前的研究大多将其建模为旅行商问题(TSP)进行表述。此类NP-hard问题通常可采用一些启发式方法来求解，例如模拟退火算法、遗传算法以及蚁群算法等。

随着机器人技术不断提升创新，研究方向也逐渐从单机器人的简单应用转向多机器人的协调作业。对于本项目的汽车内饰件点焊作业，为了适应复杂的操作环境和降低生产成本，由多机器人多工位协同作业共同完成指定的工作任务。然而，由于多机器人多工位任务规划问题中建立的模型较单机器人单工位模型复杂，约束繁多，搜索解空间随着问题规模的扩大与焊点的增加成指数增长，使用传统启发式算法求解会浪费大量的计算空间与时间，计算效率较低。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于分步优化的多机器人多工位协作点焊规划方法，该方法提供了针对汽车内饰件点焊作业的多机器人多工位协作任务规划算法，面对复杂、约束繁多的多机器人多工位作业优化问题，采用分步优化的方式将问题与模型简化，很好地减小了搜索解空间，提高了算法的计算效率和收敛速度。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于分步优化的多机器人多工位协作点焊规划方法，包括以下步骤：

(1)对多机器人多工位协作点焊作业优化问题进行描述与分析，并设立约束条件与优化目标，建立多机器人多工位协作点焊作业优化模型；

(2)基于任务均衡原则，建立初始分配方案，进行焊点编码分配和遗传算法迭代求解，得到局部最优焊点分配方案；

(3)按照局部最优焊点分配方案将焊点分配至各机器人，使用LKH求解器进行单机器人焊点排序并计算机器人作业时间；

(4)根据局部最优焊点分配方案与单机器人焊点排序计算各机器人单机器人作业时间平分点，确定平分焊点并基于平分焊点将焊点分配给各工位并计算各工位机器人共同工作的总时间，完成工位分配。

进一步的，步骤(1)包括以下步骤：

(11)对多机器人多工位协作点焊作业优化问题进行描述与分析；