[发明专利]一种基于离散粒子群算法的焊接机器人焊接路径规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊接机器人技术领域，尤其是一种基于离散粒子群算法的焊接机器人焊接路径规划方法。

背景技术

随着对工业机器人技术的研究越来越深入，机器人技术越来越成熟，其正在成为自动化生产线的重要组成部分，将从事于恶劣环境、繁杂体力劳动的工人解救出来。焊接机器人从事焊接加工，在焊接加工的过程中经常会出现不希望看到的问题，比如机器人启动停车时焊枪末端的抖动，有时会伴随有机器人本体的剧烈震动，焊接时不能精确的运动到指定的焊点位置，电弧焊时焊接路径不精确等，这些焊接问题的出现，都是不能满足焊接任务规划要求的，有的更是不满足安全使用焊接机器人的相关规定。因此这就要求从事机器人研究的人员在对机器人控制系统进行开发的过程中，遵循一定的原则：即保证机器人在加工作业过程中尽量平滑、平稳，也就是要避免位置、速度和加速度的突变，如果运动不平稳会加剧机器人部件的磨损，并导致机器人的振动和冲击。因此为了保证机器人能够高速、平稳的运动到焊接位置，进而提高整个焊接机器人系统的安全性、稳定性和可靠性。焊接机器人进行焊接作业之前的轨迹规划就显得非常重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于离散粒子群算法的焊接机器人焊接路径规划方法，能够达到算法的局部搜索能力和全局搜索能力有所平衡的目的，进而使算法更快的搜索到最优解。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于离散粒子群算法的焊接机器人焊接路径规划方法，包括如下步骤：

(1)建立焊接机器人的路径的数学模型；

(2)建立粒子群算法的模型；

(3)粒子群算法求解的行为参数分析；

(4)离散粒子群算法的焊接机器人路径规划；

(5)输出最优路径。

优选的，步骤(1)中，建立焊接机器人的路径的数学模型，具体为：若需要焊接n个焊点，机器人从某个焊点出发焊接所有焊点后返回起始焊点，已知每个焊点的位置坐标，要求对焊接作业顺序进行合理规划，使得该机器人行走距离最短，并满足以下约束条件：

(1)焊接机器人以某焊点为起点和终点；

(2)每个焊点必须且只能焊接一次；

其数学模型表示如下：

其中：d_ij表示焊点i和j之间的距离；x_ij为约束变量，x_ij＝1表示焊接机器人行走路径包含从焊点i到焊点j的这段路径，x_ij＝0表示机器人没有行走i到j这段路径；s表示已经焊接过的焊点集合；|s|表示集合s中元素的个数。

优选的，步骤(2)中，建立粒子群算法的模型，具体为：假设由m个粒子组成一个D维搜索空间的粒子群体，其中用一个D维的向量表示第i个粒子，第i个粒子的飞行速度也用一个D维的向量来表示，记为V_i＝(v_i1,v_i2,…,v_iD)，i＝1，2，…，m，用P_i＝(p_i1,p_i2,…,p_iD)表示第i个粒子目前搜索到的最优值pBest的位置，P_g＝(p_g1,p_g2,…,p_gD)表示迄今为止整个群体搜索到的最优值gBest的位置，X_i＝(x_i1,x_i2,…,x_iD)，D个焊点，表示第i个粒子对应位置，粒子的适应度函数用f(x)表示，本发明中的f(x)表示焊接机器人所需行走的最短焊接路径；

粒子i的当前最好位置由下式确定：

群体所经历的最好位置可由式(7)确定：

在找到两个最优值(pBest和gBest)时，粒子根据公式(8)和(9)来更新自己的速度和新的位置：