[发明专利]一种六自由度机器人工位布局与运动时间协同优化方法

说明书

本发明涉及一种六自由度机器人工位布局与运动时间协同优化方法，包括以下步骤：S1：对六自由度机器人进行运动学建模；S2：根据六自由度机器人、起点设备和目标设备的物理场景建立工位布局与运动时间的协同优化数学模型；S3：在空间直角坐标系内，以六自由度机器人的末端执行器从起点设备运动到目标设备所用时间为PSO算法的适应度，以起点设备和目标设备的工位布局为PSO算法的粒子，基于PSO算法得到协同优化数学模型的最优解以及最优解对应的工位布局。与现有技术相比，本发明实现六自由度机器人工位的优化，大大提高了机器人工作效率。

技术领域

本发明涉及机器人技术与生产线规划领域，尤其是涉及一种六自由度机器人工位布局与运动时间协同优化方法。

背景技术

在生产线规划完毕后，需要对工位进行设计。机器人工位设计作为工位设计之中一类难度较高的设计，其除了要考虑到设备布局之外还要考虑到机器人轨迹规划。传统的机器人工位设计步骤是：一、工位工艺确定与设备选定。二、设备及机器人布局三、机器人轨迹规划。在企业中一般的机器人工位均可以采用上述方法进行机器人工位的设计，而且在轨迹规划过程中仅靠现场示教编程就可以完成。但是，随着机器人工位的复杂化以及设备布局与机器人轨迹之间的相互影响，高效的机器人工位设计越来越困难。所以，有必要将机器人动作复杂，可能成为生产线中瓶颈的机器人工位做进一步优化。传统的串行设计方法将设备布局与机器人运动规划独立考虑，实际现实中设备的布局与机器人的运动轨迹息息相关，其影响着机器人的运动总时间。故本发明主要解决的问题就是如何通过同时优化设备布局与机器人运动轨迹来尽量达到工位所花时间最少。

涂胶机器人工位属于机器人工位中的一种，随着涂胶规划的复杂，或者有些企业为了节约成本以及提高设备利用率将一台涂胶机器人共用于两个工位，这就会存在工位操作总时间进一步优化的需要。

中国专利CN204338390U公开了一种涂胶机器人工作站，主要讲述涂胶机器人工作站的一类形式，具有结构简单，效率高，能完成曲面涂胶的优点。中国专利CN102513268A公开了一种涂胶机器人及其涂胶方法，描述一类新的涂胶机器人构成，能够识别车型，进行自动涂胶。中国专利CN203816833U公开了一种涂胶机器人，提出一种新颖的涂胶机器人结构，能很好地保证出料的清洁度从而不会因为出料口的余胶而导致余胶胶型不合格影响装配质量。中国专利CN201380143公开了小型智能涂胶机器人装置，介绍一种自动涂胶装置，利用图像处理技术，得到各关节的运动轨迹，从而实现了自动涂胶。以上专利采用六自由度机器人手臂实现涂胶，但未考虑工位布局与涂胶机器人运动轨迹的协同优化。

中国专利CN101387888B公开了一种基于工进制量子粒子群算法的移动机器人路径规划方法，特征是包含如下步骤：步骤一：把机器人简化成一个点，并在二维空间内运动，通过视觉系统能感知自己目前的位姿和障碍物的位置：步骤二：将机器人视觉系统感知到的所有障碍物处理成凸多边形：步骤三：将三维空间离散化为一系列的栅格，并对移动机器人在每一个栅格处的八个可能运动方向进行二进制编码：步骤四：定义从起点到目标点的路径的长短为该方法需要求解的目标函数：步骤五：针对机器人路径规划问题的离散特征，利用工进制量子粒子群算法对步骤四中的目标函数进行全军局优化以得到最优的移动机器人路径。该专利采用工进制量子粒子群算法对移动机器人的路径进行规划，不涉及机械臂轨迹与工位布局的内容。

中国专利CN102662399A公开了一种面向多目标的水果采摘机器人的路径优化方法，包括以下步骤：(1)采用三点三步法对六自由度水果采摘机器人末端执行器的坐标系进行标定；(2)通过六自由度水果采摘机器人的机械手末端执行器摄像头动态采集整个果树树冠的图像，并得到多个水果中心位置的三维坐标；(3)将所述水果中心位置的三维坐标视为树冠图像的顶点，并构造出一个无方向的连接图，采用哈密尔顿图形法实现六自由度水果采摘机器人路径的优化；(4)快速搜索出哈密尔顿图中的一个关于所有所述顶点的排列。该专利优化六自由度水果采摘机器人路径，使六自由度水果采摘机器人在最短的时间内，采摘到最多的水果，但水果位置是不确定的，与工作站的工位可调整设计的情况不同，因此该专利方法并不适用于工位布局优化。