基于GA算法的协调机器人双光束激光焊接轨迹规划研究.pdf

基于GA算法的协调机器人双光東激光焊核轨迹规划研究
Study of Ga-based algorithm to coordinate root abeam laser wel ing trajectory planning
宋琳琳2,徐志刚?,王军义,毛明旭
SONG Lin-lin 2, XU Zhi-gang, WANG Jun-yi, MAO Ming-xu
(1.沈阳理工大学沈阳,110168:2中国科学院沈阳自动化研究所,沈阳110179;3.辽宁科技大学,较山114051)
摘要:针对长尺寸整体薄壁板τT型接头激光焊接,提出双光束激光焊接技术,成功解决T型接头单面
双侧焊接,保证τ型接头的双面成型,对整体变形量控制和隐身牲能的提高起到不可替代的作
用。针对双光東激光焊接机器人采用激光跟踪技术进行辉缝提取与跟踪,使激光焊接头回归
到焊缝有效范围内;运用遗传算法和主从机器人协调操作得到两台机器人的最优焊接轨迹,
保证焊接的一致性,确保焊接质。
关键词;遗传算法;机器人协调;双光束激光焊接;轨迹规划
中分类号:TP29
文献标识码:A
文章编号:1009-0134(2014)10(下)-0116-03
Doi:10.3969/j.ln.1009-0134.2014.10(下).30
0引言
之间T型接头的焊接问题,该技术采用两束激光对
航空制造能力是衡量国家工业基础、科技领壁板结构T型接头两侧同步施焊,完成蒙皮与加强
先水平和综合国力的重要标志,国产战机的先进筋之间的连接。双光東激光焊接有比单光東焊接
制造技术是支撑国防建设的重要力量,针对新型更复杂的机理,它采用了对称的焊接热源,从T型
战机机身高强度、超机动性及优异隐身性能的设接头两侧同步施焊,扩大了深熔焊小孔上端的开
计要求,钛合金结构件的焊接连接科学技术成为口有利于焊接过程中气体的逸出增强了小孔的稳
亟待解决的关键问题。尾段制造采用钛合金薄壁
定性,从而减少气孔率、增加过程稳定性,最大
类的新型轻量化结构可以实现减重、减少制造工程度地减小焊接产生的变形,保证蒙皮外型面的
序及节约材料的目的。
形状精度。因此,双光東激光焊接技术在国外航
目前,国内还没有针对整体壁板T型接头激空制造领域迅速得到了应用。空客公司在以A380
光焊接的成熟装备和工艺,各飞机制造公司一直
为代表的系列机型上均大量采用了双光東激光焊
采用普通的铆接或电阻穿透焊接,不能满足设计接的铝合金整体壁板,即果用双光束激光焊接技
的需要。国外发达国家有成熟的激光焊接专门设术将6013T6铝合金机身蒙皮与6013T6511铝合金
备,但是限制对我国的出口,针对目前的国际政加强筋焊接成为整体机身壁板,如图1所示,取代
治环境,急需解决整体薄壁板型接头焊接成形问
原有的铆接密封壁板,强度提高近20%,结构重量
题,减小焊接形变、调高抗疲劳强度和提高焊接
减轻近20%,成本降低25%。双光束激光焊接技术
效率是解决该问题的关键所在。国内很多的激光
的这些应用使焊接技术成功地实现了从零件级到
焊接设备主要是针对集激光焊接、熔覆和复合焊
部件级,甚至部件间连接的质的跨越。双光東激
光焊接技术的应用为世界航空制造业带来了一次
接的激光通用平台,不是针对长尺寸整体薄板T型
伟大的技术变革。
接头焊接的专门设备,致使该问题一直没有彻底
得到有效解决。成功解决T型接头单面双側焊接,
保证T型接头的双面成型,对整体变形量控制和隐
身性能的提高起到不可替代的作用
1双光東激光焊接技术
进入21世纪,双光束焊接成为激光焊接的
个新的研究方向。为解决壁板结构蒙皮与加强筋
图1整体机身壁板示意图
散日期:2014-06-03
基金顶目:“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(2013ZX04001041)
作者简介:宋琳(1990-),女,沈阳人,硕土研究生,研究方向为激光焊接和机器人。
116)第36卷第10期2014-10(下)
学兔免www.xuelu1u.com
进业些自サ心
开始
给定机末起始点、终点、中间插点
定GA的得方案,选择
算法参数,磌定适应肉
图2双光東激光焊接装备效果图
k=0,机产生初始化种
2双机器人轨迹规划算法
本课题的效果图,如图2所示,其优化目标是
求活应度值
给出
判断是否最优
满足运动学约束的所有关节的运动时间最短。其
N
函数如下
应用选择、变又、变
计算忧轨迹
异产生新一代种群
f(の=min(ちュ+a+ち
大=k+1
转束
s.t( s w
Tax
max(lva2}l≤wnax
图3遗传算法流程图
max
(,3] s Inax
编码方式采用换位表达,适应度函数为:
j=1,23,4,,n
+(
式中,V1,Vn,VY;为第个关节每段多项式随
时间变化的速度。
采用遗传算法优化每段插值时间,其流程
群体M=30,终止代数T=200,选择算子为锦
图,如图3所示2
标赛法,交又算子采用循环交叉(CX
表1提取焊点的坐标
序号
焊点名称
X(X1)
Y(Y1)
Z(Z1)
01
Lo16(Lo40)
-551.24(-549.73)
4711.12(4711.15)
1269.08(1269.15)
Lo17(Lo41)
-549.50(-547.99)
4689.61(4689.62)
1277.53(127.62)
Lo20(Lo42)
546.90(-545.38)
4656.89(4656.89)
1289.70(1289.81)
Lo22(Lo43)
-544.37(-542.85)
4623.73(4623.71)
1300.44(1300.58)
Lo24(Lo45)
542.76(-541.24)
4601,22(4601.19)
1306.28(1306.43)
Lo27(L044
-541.24(-539.72)
4578.33(4578.28)
1310.48(1310.65)
Lo30(Lo46)
539.89(-538.37)
4555.29(4555.22)
1312.30(1312.47)
08
Lo31(Lo47)
-538.77(-537.25)
4532.16(4532.08)
1310.81(1310.97)
Lo32(Lo48)
537.68(-536.17)
4496.58(4496.76)
1299.55(1299,81)
Lo33(Lo49)
-537.54(-536.02)
4486.83(4486.99)
1294.27(1294.53)
Lo34 (L050
537.46(-535.94)
4472.89(4473.02)
1285.06(1285.32)<