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基于机器人路径规划的汽车焊装单元节拍优化方法研究

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基于机器人路径规划的汽车焊装单元节拍优化方法研究

作者：荆添一哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

科技水平和工业技术的进步促进了工业机器人技术的蓬勃发展，工业机器人凭借其高精度和高可重复性等优势广泛应用于多种工业场景，大幅提升了制造业的自动化水平。近年来制造业中生产任务的复杂程度越来越高，对企业生产能力也提出了更... 详细信息

科技水平和工业技术的进步促进了工业机器人技术的蓬勃发展，工业机器人凭借其高精度和高可重复性等优势广泛应用于多种工业场景，大幅提升了制造业的自动化水平。近年来制造业中生产任务的复杂程度越来越高，对企业生产能力也提出了更高的要求，因此许多国家相继提出要大力发展智能制造技术，推动制造业由自动化向智能化的方向升级。汽车制造是我国制造业的关键支柱之一，引入大量工业机器人应用于实际生产过程，作为汽车制造的关键装备和智能制造的重要载体，工业机器人的智能化应用研究变得尤为重要。但目前工业机器人在应用中往往受限于示教经验，多台工业机器人协同作业时仍存在冗余路径过多的问题，尤其在工艺复杂的焊装生产单元中更为严重，极大制约了生产效率提升。因此研究如何优化工业机器人运行路径达以提高生产节拍的，对实现汽车制造过程智能化升级至关重要。本文研究了基于工业机器人路径规划的汽车焊装单元节拍优化方法，旨在提高汽车制造业的生产效率，推动工业机器人应用的智能化升级。　　首先，以所研究的汽车焊装单元中主要应用的FanucR-2000iB型号工业机器人为核心，基于其结构、参数和运动模式建立该系列中165F和210F两种型号的工业机器人的连杆坐标系，并给出了标准的D-H参数表。在此基础上考虑关节偏置和运动耦合的因素，推导出作业时的工业机器人运动学模型和工作空间，建立了工业机器人的末端笛卡尔位姿和关节空间角度的映射关系，为节拍优化方法提供了模型基础。　　在此基础上，设计了RRT*-Smart算法，实现了离线状态下的Fanuc工业机器人的路径规划，优化运动距离的同时使其在任意场景下均能无碰撞地稳定运行。针对工业机器人的末端运动控制和关节运动控制两类控制方式，分别采用笛卡尔空间直线和圆弧插补以及关节空间5次多项式插值的方式生成工业机器人的位姿控制曲线，获知其在运行过程中的连续末端位姿和关节角度变化，为工业机器人碰撞检测方法提供基础。　　然后，研究了汽车焊装单元中工业机器人的碰撞检测方法，分类构建单元内各部件的碰撞检测模型，为提高算法检测精度，对需避碰的工业机器人建立高精度的圆柱包围盒模型，同时考虑到安全问题，引入了模型膨胀方法，对单元内其他部件建立统一的OBB（OrientedBoundingBox）模型。面向不同的包围盒类型分别设计对应的碰撞检测算法，设计研究了工业机器人之间进行碰撞检测的空间有限长圆柱相交检测算法和工业机器人与障碍物之间碰撞检测的SAT算法，实现任意工作场景下的汽车焊装单元中工业机器人碰撞检测，为搜寻工业机器人运动路径过程中的碰撞检测功能提供了技术支撑。　　最后，为最大化优化效用，提出了汽车生产线节拍分析方法，分析东风日产汽车制造企业生产线的整体节拍，找出制约生产效率的瓶颈单元，采集单元布局尺寸等数据构建工业机器人碰撞检测的数字化环境，并建立了基于Tecnomatix仿真软件的瓶颈单元仿真模型，实例化验证了本文所述方法为优化汽车焊装单元生产节拍提供了关键支撑。

关键词：工业机器人路径规划汽车焊装单元节拍优化

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机器人焊装线控制方法及节拍优化

机器人焊装线控制方法及节拍优化

作者：孟庆宇天津工业大学

学位级别：硕士

随着工业机器人技术的不断发展,机器人焊装线越来越广泛的应用到生产过程中。对机器人焊装线整线控制方法以及生产节拍问题进行研究具有重要的现实意义。针对机器人焊装线生产设备众多,且被控设备分散,现场环境复杂,干扰因素众多等特点... 详细信息

随着工业机器人技术的不断发展,机器人焊装线越来越广泛的应用到生产过程中。对机器人焊装线整线控制方法以及生产节拍问题进行研究具有重要的现实意义。针对机器人焊装线生产设备众多,且被控设备分散,现场环境复杂,干扰因素众多等特点,提出基于Profibus-DP现场总线的分布式I\O控制策略。该控制体系以生产工位为控制单元,在各控制单元内以主从通信方式实现主控PLC与从站PLC间的通信。为实现整线协同控制,采用耦合器将各生产工位的主控PLC相连,实现工位间的信息交互。在此基础上,开发了机器人焊装线实验平台对该控制策略进行了验证。针对多工位、流水化、连续作业的机器人焊装线中工位任务分配不均影响生产节拍问题进行了研究。在总结和分析国内外研究生产线平衡技术方法的基础上,对第二类平衡问题,即在给定工位数和各工序工时情况下,求解最优生产节拍问题进行研究。对机器人焊装线工位问题进行理论分析并建立节拍优化数学模型,提出了一种改进的双种群遗传算法求解该平衡问题。该算法以焊接工序的优先关系作为约束条件,按种群个体适应度设计了交叉概率和变异概率选择函数,提高了算法搜索效率和解的可靠性。通过经典算例验证了算法的有效性。对开关壳体焊装线的工位平衡问题进行了求解,给出了最优方案,提高了平衡率,实现了生产节拍的优化。

关键词：机器人焊装线控制方法节拍优化遗传算法工位平衡

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混流装配线节拍优化问题研究

混流装配线节拍优化问题研究

作者：杨田田华中科技大学

学位级别：硕士

混流装配线是准时制生产方式的具体应用之一,它能在不引起大的产品库存变化的条件下满足用户的多样化需求。节拍是混流装配线最重要的工作参数,节拍的优化自然成了混流装配线研究的一个重要领域,而混流装配线调度问题又是节拍优化最基... 详细信息

混流装配线是准时制生产方式的具体应用之一,它能在不引起大的产品库存变化的条件下满足用户的多样化需求。节拍是混流装配线最重要的工作参数,节拍的优化自然成了混流装配线研究的一个重要领域,而混流装配线调度问题又是节拍优化最基本的问题。本文就混流装配线节拍优化的相关问题进行了如下研究: 首先通过介绍混流装配线问题国内外研究状况,提出通过解决混流装配线调度问题来解决混流装配线的节拍优化问题;通过概括混流装配线调度问题中目标函数的四种建立方法,提出选择以最小化总的传送中断时间为混流装配线调度问题的目标函数,并建立了该目标函数的数学模型。阐述了混流装配线优化模型的建立过程。通过介绍解决组合优化问题的算法及其分类,本文提出用新颖的蚁群算法来解决该优化问题。通过分析蚁群算法的基本原理、特性和应用几方面,提出一种改进的蚁群算法,以便更适于建立混流装配线调度优化模型。本文还给出了混流装配线优化模型的具体求解过程。通过分析混流装配线的调度特征,用图形和矩阵构造出解空间;在该解空间中搜索出符合装配集合模型类型和数目的可行解;针对该优化模型的特性,合理选取优化算法中的具体参数;通过蚁群算法的优化控制,最终取得了令人满意的优化结果,并通过一个小示例进行了有效性的验证。最后,在Win2000 系统平台上,Visual C++ 6.0 编程环境下,采用面向对象技术,实现了混流装配线节拍优化系统,应用示例验证,并给出了总结和展望。

关键词：混流装配线节拍优化调度蚁群算法

变速箱中间轴齿轮热压装工位节拍优化及仿真研究

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变速箱中间轴齿轮热压装工位节拍优化及仿真研究

作者：曾臻合肥工业大学

学位级别：硕士

变速箱作为汽车的重要组成部分其装配过程一直被各汽车厂家所重视。而变速箱中的中间轴齿轮的压装更是变速箱装配过程中的关键工位。变速箱中的齿轮轴系其齿轮与齿轮轴之间通常都会设置较大的过盈量以保证其在高转速和高负载情况下的正... 详细信息

变速箱作为汽车的重要组成部分其装配过程一直被各汽车厂家所重视。而变速箱中的中间轴齿轮的压装更是变速箱装配过程中的关键工位。变速箱中的齿轮轴系其齿轮与齿轮轴之间通常都会设置较大的过盈量以保证其在高转速和高负载情况下的正常工作,其装配通常采用热压装技术,先将齿轮进行加热扩径然后再将其与轴进行压装。变速箱齿轮热压装工位步骤繁多、耗时长,往往是限制整条生产线节拍的瓶颈工位。对变速箱齿轮热压装工位进行节拍优化,将有效地提高装配线的生产效率。本文首先对变速中间轴箱齿轮热压装的工艺进行了研究和阐述。主要是对齿轮的加热工艺、压装工艺和冷却方案的技术进行归纳、分类和研究。通过理论结合实验,确定了本次课题中变速箱中间轴齿轮热压装的工艺。本次课题的节拍优化方案,主要通过链表插序算法对变速中间轴箱齿轮热压装工位中的机器人运动顺序进行最优选取,优化机器人的工作流程,缩短工位中机器人的等待时间。并通过Delmia仿真软件软件,创建了工位的仿真环境,在软件中对优化方案进行了仿真验证,验证了优化方案的可行性。本文中的优化方法使得工位得到了更加合理的,满足生产要求的工作流程,减少了工位中机器人的等待时间,提高了工位的生产节拍,仿真软件将得到的机器人的运动运动程序以及工位的位置布局,为现场工位的布置和生产提供了重要的指导作用,缩短了准备周期。

关键词：齿轮热压装工艺节拍优化机器人轨迹规划 Delmia 链表插序算法

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TR公司轿车曲轴生产线节拍优化研究

TR公司轿车曲轴生产线节拍优化研究

作者：时文亮山东大学

学位级别：硕士

汽车工业经过近几十年的发展,已经成为国民经济中占主导地位的重点行业之一,汽车工业可以带动周边相关产业的同步发展,包括化纤、机械、电子、材料、化学等等多个相关行业,汽车工业已经发展成为支柱产业并逐步得到加强。随着国民经济的... 详细信息

汽车工业经过近几十年的发展,已经成为国民经济中占主导地位的重点行业之一,汽车工业可以带动周边相关产业的同步发展,包括化纤、机械、电子、材料、化学等等多个相关行业,汽车工业已经发展成为支柱产业并逐步得到加强。随着国民经济的快速发展,社会大众的消费能力正在稳步的提高,人们在汽车市场上的消费得到同步提高。由于汽车工业的快速发展,汽车零部件的需求量正在逐年提高,推动了汽车零部件产业的快速发展,但是整车厂要求的质量水平反而越来越苛刻。在国产零部件产能不足以及客户对产品质量要求不断苛刻的大背景下,企业面临的制造水平越来越严格,因此必须采用具有较高加工精度的生产设备,采用精益生产和六西格玛理论,优化加工工艺,降低生产节拍,提高产品质量和生产效率,降低生产成本。本文通过对轿车曲轴生产线流程、工艺及生产线平衡的研究,优化曲轴生产过程方案,设计出合理的轿车曲轴生产线节拍优化方案。过程中主要运用现场观察测量工时数据,通过分析程序、分析操作、分析动作、分析工艺、TT/CT图表分析找出影响整线节拍的问题,运用精益生产的工具、方法,使用“动作经济原则”等工具对轿车曲轴生产线进行节拍优化,使轿车曲轴生产线的节拍得到最大程度的优化,提高轿车曲轴生产线的平衡率,为客户提供满意的服务,为企业创造更多的效益。

关键词：曲轴制造工艺流程节拍优化生产线平衡

基于赋时Petri网的装配线建模及节拍优化研究

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基于赋时Petri网的装配线建模及节拍优化研究

作者：胡啸华中科技大学

学位级别：硕士

随着制造业不断进步,自动化装配线已成为现代工厂中非常成熟的生产方式。在现代制造业讲求效率,注重产品时效性的背景下,装配线设计的优劣已成为了关系制造企业发展的重要问题,所以装配线建模和节拍优化有着重要意义。国内外学者在装配... 详细信息

随着制造业不断进步,自动化装配线已成为现代工厂中非常成熟的生产方式。在现代制造业讲求效率,注重产品时效性的背景下,装配线设计的优劣已成为了关系制造企业发展的重要问题,所以装配线建模和节拍优化有着重要意义。国内外学者在装配线建模以及节拍优化领域进行了大量研究,本文介绍的研究成果主要涉及装配线Petri网构建、Petri网特性分析、装配线调度优化等。首先,本文对装配线作业特点进行研究。深入研究了影响装配节拍的人为因素和非人为因素,使用装配时间修正公式整合非人为因素对装配时间的影响。接着提出了装配线的评价体系和装配线平衡指标。并结合装配线的一般特点对企业中实际装配线进行了建模分析和节拍优化。其次,介绍基础Petri网的发展过程及概念,对其进行扩展并融合装配时间修正公式,提出了修正时间赋时变迁Petri网(MTTPN),并描述其运行规则及特性。研究了S不变量和T不变量对MTTPN进行特性分析的方法。随后提出装配线节拍数据处理算法,定义了节拍移动均值和长线节拍均值,并使用装配线节拍趋势图表示。同时构建装配线节拍横向柏拉图和工序节拍纵向曲线图作为节拍优化分析的根据。然后,设计了装配线管理系统。在对装配线管理需求进行分析后,构建装配线管理系统整体架构和拓扑结构,并使用LabVIEW平台实现硬件接口和软件模块开发,其中包括数据采集模块、数据存储模块、调度优化模块等。最后,在某企业的半自动装配线上对装配线管理系统进行稳定性和有效性验证,使用本课题实现的软件采集装配线各工序节拍数据并进行处理,经过节拍分析提出了装配线优化方案。并对改进后的装配线使用MTTPN建模,检验其设计的合理性。

关键词：装配线 Petri网建模修正时间赋时变迁Petri网节拍优化瓶颈工序分析 S不变量 T不变量装配线管理系统

冲压自动线压机—机器人动作协调及节拍优化研究

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冲压自动线压机—机器人动作协调及节拍优化研究

作者：张艳艳齐鲁工业大学

学位级别：硕士

在当代机械制造与加工过程中，冲压生产是一种重要的产品成型技术。随着机器人技术、自动化技术的快速发展，机器人自动化冲压技术已成为现代冲压生产技术的重要发展方向。但我国工业机器人与成套装备协调作业技术目前还处于初期阶段，... 详细信息

在当代机械制造与加工过程中，冲压生产是一种重要的产品成型技术。随着机器人技术、自动化技术的快速发展，机器人自动化冲压技术已成为现代冲压生产技术的重要发展方向。但我国工业机器人与成套装备协调作业技术目前还处于初期阶段，我国汽车工业又有大量需求，因此对其研究具有重要意义。本文探讨了如何提高全线生产节拍，首先对6-DOF工业机器人进行运动学分析，运用D-H法建立机器人各杆件连杆坐标系，根据齐次变换矩阵进行了机器人运动学正逆问题的求解，并利用机器人工具箱进行了仿真，直观显示了机器人运动学正逆解及运动轨迹;通过冲压线现场实时数据，对机器人搬运轨迹进行了规划与仿真，并介绍了关节空间插补算法;根据在某汽车板料冲压项目中生成的机器人关键轨迹点位姿，研究了不同的速度和加速度对六自由度发那科搬运机器人轨迹的影响,发现机器人轨迹与速度无关,而在加速度相同时，其轨迹基本相同;根据节拍优化目标，通过路径规划,提出了压机-机器人动作协调算法设计公式，此算法可消除机器人在空载、负载段等待时间，自动调整机器人速度;最后,利用Visual C++开发了RobotPressSync算法仿真软件，仿真结果证明了算法的有效性，有效地避免机器人的频繁启动，达到了优化生产节拍的目标。

关键词：自动化冲压线工业机器人运动仿真节拍优化

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重载工业机器人运动建模与节拍优化设计

重载工业机器人运动建模与节拍优化设计

作者：陈铁山东大学

学位级别：硕士

随着高速重载机器人在汽车、冶金、物流等行业的广泛应用,自动化生产线对机器人的搬运速度、负载能力、加速度和定位精度提出了更高的要求。针对高速重载机器人的高速、高精度、大负载的工作特性,仅在运动学层面上进行分析和设计还不够... 详细信息

随着高速重载机器人在汽车、冶金、物流等行业的广泛应用,自动化生产线对机器人的搬运速度、负载能力、加速度和定位精度提出了更高的要求。针对高速重载机器人的高速、高精度、大负载的工作特性,仅在运动学层面上进行分析和设计还不够,有必要根据动力学分析、静力学分析,对机器人本体进行重点面向动态特性的结构化研究。本文从高速重载码垛机器人的工作特性出发,通过配重设计、结构优化以及动力学分析,有效提升重载机器人的动态特性,并提出一种椭圆形轨迹优化方法,提升重载机器人的运动节拍并消除振动。首先,根据工作条件,确定机器人的工作空间,从而对整机的机械结构进行预设计后,基于D-H参数法和拉格朗日方程对高速重载机器人进行运动学和动力学建模。由各部件的质量、阻尼以及惯量等因素,利用运动中消耗能量最小的原则将模型演化为线性矩阵不等式优化问题对其求解,来确定各部件的最优物理参数。基于动力学方程研究导致重载情形下机器人运动时的非线性和运动过程中的相互耦合问题,从动力学模型以及机构设计角度来找到消除这些问题的方法,利用该方法进行机构设计和部件重量设定,并完成对配重平衡机构的设计计算,通过仿真验证方法的正确性和有效性。其次,对重载工业机器人控制系统规划设计,通过伺服反馈技术实时调节机器人关节的定位精度,通过笛卡尔空间与关节空间协同规划算法,保证运动过程中速度与加速度均保持连续,使得整机在高速重载条件下获得良好的动态特性。最后,进行了多目标优化模型的求解和优化结果分析,通过分析运动过程中容易出现的振动问题,提出了一种椭圆轨迹规划方法,用于消除振动得到平滑高效的运动轨迹,根据实际需求选取了最优解。通过仿真分析和机器人实际运行验证了规划方法的有效性。优化结果分析表明,各项运动性能都得到了一定程度的提升.

关键词：高速重载运动建模配重设计轨迹规划节拍优化

基于时间离散的粒子群算法的半间歇乙酸乙酯生产过程的节拍优化方法

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化学世界 2018年第10期59卷 633-638页

作者：杨岚潘海鹏张益波浙江理工大学机械与自动控制学院浙江杭州310018

针对半间歇乙酸乙酯生产线中存在的节拍失衡问题,提出了一种基于时间离散的粒子群算法(PSO)。针对优化问题进行了时间离散化处理,同时考虑到实际生产设备的操作条件设置区间约束,通过粒子群优化算法得到了最佳温度优化曲线,较好地解决... 详细信息

针对半间歇乙酸乙酯生产线中存在的节拍失衡问题,提出了一种基于时间离散的粒子群算法(PSO)。针对优化问题进行了时间离散化处理,同时考虑到实际生产设备的操作条件设置区间约束,通过粒子群优化算法得到了最佳温度优化曲线,较好地解决了精馏塔在生产等待期间的温度优化问题。通过矩阵实验软件(MATLAB)进行了实验仿真,结果表明,设计的算法是可行的。

关键词：时间离散的粒子群算法半间歇生产节拍优化区间约束