白车身焊装工序多工位多机器人协同优化策略.pdf

摘要

汽车白车身焊接组装工序通常表现为任务复杂、工序耗时、机器人利用率低

等，其装配效率提升属于复杂系统协同优化问题，本文提出一种建立在多工位多

机器人焊接任务分配与单机器人焊接路径规划基础上的多机器人协同焊接优化方

法。

首先，考虑机器人可达性、多工位多机器人的线平衡等多重约束条件，以整

体焊接周期最短、最大最小完工时差最小为目标函数，面向白车身焊接全过程构

建面向整体焊接工序的多机器人协同优化模型，包括多工位多机器人焊接任务分

配模型、单机器人焊接路径优化模型；同时，考虑了单机器人焊接路径对任务分

配的影响，设置路径权重，引入循环优化策略优化路径权重。

其次，提出一种基于L1正则化与ParametricReLU激活函数的BP神经网络算

法用于求解多工位多机器人焊接任务分配问题，与原始BP神经网络与自组织映射

神经网络对比验证，结果表明改进BP神经网络在求解质量与求解速度上均有较大

提升；通过几何距离启发式函数、综合权重启发式函数、去交叉策略改进的蚁群

算法规划单机器人焊接路径，与原始蚁群算法与蝗虫算法对比验证，结果表明改

进蚁群算法在求解质量上有较大提升；根据初次规划结果，构建关节参数矩阵，

对焊接机器人进行可达性分析，通过Geometric解法与Algebraic解法求解出障碍

关系，设置过渡点；使用自适应遗传算法对双模型间的路径权重进行整体优化，

求解出最佳路径权重。

最后，选取某家用轿车的白车身主体部分焊接组装工序为例进行验证，分别

进行初次规划、路径权重计算与循环优化求解，并根据规划结果进行对比验证。

结果表明，本研究所提出的方案相较于相同案例下的传统层级规划方法，焊接效

率提升10.8%，完工差值缩短75.7%，能够极大提高白车身焊接效率。

关键词：白车身；焊接机器人；任务分配；路径规划

Multi-workstationandmulti-robotcollaborativeoptimization

strategyforwhitebodyweldingprocess

Abstract

Theweldingandassemblyprocessofcarbodyinwhiteisusuallycharacterizedby

complextasks,timeconsumingprocesses,andlowrobotutilization.Theimprovement

ofassemblyefficiencybelongstothecollaborativeoptimizationproblemofcomplex

systems.Thispaperaimstothecollaborativeweldingoptimizationmethodbasedon

multi-workstationmulti-robotweldingtaskallocationandsinglerobotweldingpath

planning.

Firstly,consideringmultipleconstraintssuchasrobotaccessibilityand

multi-stationmulti-robotlinebalance,withtheobjectivefunctionofminimizingthe

overallweldingcycleandthemaximumandminimumcompletiontimedifference,a

multi-robotcollaborativeoptimizationmodelfortheentireweldingprocessofthewhite

bodyweldingisconstructed,includinga