[发明专利]基于双机械臂的船体外板曲面成形协同加工的规划方法

说明书

本发明提出了一种基于双机械臂的船体外板曲面成形协同加工的规划方法，用以解决目前对多任务规划的方法缺乏统一的分析和任务规划模型，并没有将约束条件考虑到实际的任务分配过程中的问题，具体包括以下步骤：S1、建模分析；S2、通过确定加热路径的加热方向，确定每条加热路径的始末端点，计算出加热路径和加热路径间的距离代价；S3、变量的选择与定义；S4、确定约束条件；S5、确定船体外板曲面成形双机械臂优化目标；S6、对人工蜂群算法进行改进，采用改进的人工蜂群算法进行船体外板曲面成形双机械臂加工任务的分配。本发明采用改进后的人工蜂群算法进行任务规划的求解，有效地解决了双机械臂协同加工的任务分配问题。

技术领域

本发明涉及船体外板曲面成形加工规划技术领域，尤其是涉及一种基于双机械臂的船体外板曲面成形协同加工的规划方法。

背景技术

船体是由复杂不可展的空间曲面构成，要将船用钢板加工成船体外板的曲面形状。目前世界各国造船厂采用的方法大都是线状水火船板曲面成形加工工艺。该工艺的原理是，利用钢板局部受高温冷却后产生的热弹塑形变而达到钢板整体的弯曲变形。船体外板曲面成形是利用钢板的弹塑性形变完成加工的一种工艺模式，由于船体外板曲面成形的操作具有一定的危险性，而且对工人的经验要求很高，所以这项技术一直由经验丰富的熟练工手工作业完成。随着现代造船市场竞争的日益激烈，越来越多的造船企业在考虑如何在保证质量的同时，提高造船的速度和效率，显然必须使用熟练工手工操作的船体外板曲面成形工艺是提高造船速度和效率的最大障碍，所以实现船体外板曲面成形工艺的自动化有着重大意义。

在船体外板曲面成形工业领域，机械臂以其工作效率高，性能可靠等特点，在船舶制造中得到应用。但是在处理船体外板曲面成形工艺加工中的复杂多样化的任务，单机械臂日益表现出能力不足，而双机械臂通过协同加工，可以完成复杂的工作任务，提高了工作效率。

目前对多任务规划主要通过在工件层面上对任务进行分类，系统中各机械臂的运动通过有协调关系的相关标架的运动变换计算而来，但仍旧缺乏统一的分析和任务规划模型。在实际的任务分配过程中大量的约束条件也并没有考虑进去，如船体外板曲面成形双机械臂在实际加工中的合作、竞争等协同控制问题，因此解决方案不够准确，不能很好地应用到实践中去。因此，研发一种基于双机械臂的船体外板曲面成形协同加工的规划方法显得尤为重要。

发明内容

本发明提出一种基于双机械臂的船体外板曲面成形协同加工的规划方法，以解决目前对多任务规划的方法缺乏统一的分析和任务规划模型，并没有将约束条件考虑到实际的任务分配过程中，而导致此解决方案适用性较差的问题，以充分考虑约束条件，以效地解决双机械臂协同加工的任务分配问题，以实现任务规划方法能够很好地应用到实践中去。

本发明的技术方案是这样实现的：

基于双机械臂的船体外板曲面成形协同加工的规划方法，具体包括以下步骤：

S1、建模分析：根据船体外板曲面成形协加工工艺的要求和对加热路径的提取，获得加热路径的各项特征；

S2、通过确定加热路径的加热方向，确定每条加热路径的始末端点，计算出加热路径和加热路径间的距离代价；

S3、变量的选择与定义：包括已知常量定义、变量定义、机械臂中间变量定义；

S4、确定约束条件；

S5、确定船体外板曲面成形双机械臂优化目标；根据双机械臂加热路径的加工过程中各项中间变量，推导出每台机械臂在工作过程中路径代价，通过路径代价求出空走时间和加工时间，最后确定时间代价，以总时间最小为船体外板曲面成形双机械臂优化目标；

S6、对人工蜂群算法进行改进，采用改进的人工蜂群算法进行船体外板曲面成形双机械臂加工任务的分配。

进一步优化技术方案，所述步骤S1中，加热路径的各项特征包括双机械臂同步加工、依据优化目标竞争加工、错开加工时间、合作加工。