[发明专利]一种基于焊枪自转角的焊接机器人能量优化方法

说明书

本发明公开了一种基于焊枪自转角的焊接机器人能量优化方法：步骤1，搭建弧焊机器人功率测量平台；步骤2，确定待优化的弧焊机器人作业路径轨迹；步骤3，改变焊接起点和终点的焊枪自转角，在满足弧焊机器人可达性的条件下，确定焊枪自转角的取值范围；步骤4，根据焊枪自转角的取值范围进行功率消耗测量实验；步骤5，结合实验数据，对比平均功率消耗，得到能量最优的焊接起点和终点焊枪自转角。本发明通过少量试验得出功率消耗最小的焊接起点和终点焊枪自转角组合，减少弧焊机器人在焊接作业过程中的功率消耗，对实际焊接生产过程中的能源节约有重要意义。

技术领域

本发明涉及弧焊机器人，特别涉及一种基于焊枪自转角的焊接机器人能量优化方法，通过改变焊枪自转角减少机器人能量消耗。

背景技术

随着工业生产自动化程度提高，机器人在工业生产中的应用日渐广泛。节约能量一直是学术界和工业界关注的重点。因此，随着机器人的大范围的应用，如何更好地节约能量必将是未来工业发展关注的核心。

机器人节约能量本质上同机器人本身运动学和动力学紧密联系；但由于不同加工工艺固有特性不同，在能量优化时关注重点又存在较大差别。

许多研究者对工业机器人能量消耗的影响因素进行了研究。如Grebers R等人通过对比同一厂家的直流和交流供电机器人的能量消耗，发现直流供电可以节省12.52％的能量消耗。Chemnitz M等人通过对比不同厂家规格相似的机器人能量消耗，发现机器人虽然规格相似，但能量消耗至少相差两倍，机器人模型对机器人的能量消耗有显著影响。Garcia R R等人研究了影响工业机器人能耗的因素，在仿真环境中分别测量机器人在静止、运动和不同温度下的能量消耗，分析得出在静止状态下，机器人停顿时间和停留位置对机器人的能量消耗影响最大；在不同的运动状态下，机器人的运动速度直接影响机器人的运行时间，是能量消耗最大的影响因素。宫百香等人使用正交试验研究了焊接机器人的能量消耗，试验在ROBOGUIDE仿真软件中进行，最终确定了优化的空载和焊接速度，减少了机器人的能量消耗。

针对点焊中多个目标焊接工作点的焊接作业过程，Wang X等人以能量最优和最短路径为优化目标，将避障作为约束条件，将聚类制导多目标粒子群算法运用于点焊机器人的路径规划。邓乾旺等人使用五次多项式曲线插值的方法连接多个焊接点，并基于机器人动力学建立点焊机器人轨迹能耗模型，使用蜜蜂进化型遗传算法求解点焊机器人最优能耗轨迹。刘云郎等人使用多目标算法NSGA-II和PSO粒子群算法，以机器人路径、时间最短，动能最低为优化目标，对点焊机器人的焊接机械臂轨迹进行优化。

而在弧焊领域，关于机器人能量优化工作几乎是一片空白。弧焊焊接过程中机器人能量优化与其他焊接工艺优化过程的重点不同，这是由于弧焊焊接作业过程中，待焊接坡口的位置确定了机器人的作业路径，机器人的运动速度由焊接速度确定。即在焊接质量不变的前提下，弧焊焊接过程中的机器人作业路径和速度不能改变。

显然，在弧焊焊接作业过程中，保持机器人焊枪朝向不变，焊丝绕着轴心转动(简称焊枪自转角)，并不影响焊接过程的质量，那么就意味着在弧焊过程中，必定存在一个自由度。探讨该自由度(即焊枪自转角)对机器人焊接过程能量消耗的影响，虽然可从机器人动力学和运动学着手，但首先该路线计算复杂；其次精确的机器人模型难以获得，基于现有厂家提供模型获得能量消耗并不准确。故可以主要通过试验进行分析和验证。

发明内容

本发明的目的是在弧焊焊接作业过程中，减少弧焊机器人的能量消耗，提供一种基于焊枪自转角的弧焊机器人能量优化方法，通过改变焊接起点和终点的焊枪自转角，减少弧焊机器人的功率消耗。

本发明所采用的技术方案是：一种基于焊枪自转角的焊接机器人能量优化方法，包括以下步骤：

步骤1，搭建弧焊机器人功率测量平台；

步骤2，确定待优化的弧焊机器人作业路径轨迹；