(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211189201.1 (22)申请日 2022.09.28 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫20 0号 (72)发明人 董亚欣　陈刚　蒋志坚　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 汪清 (51)Int.Cl. B23K 26/21(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种车身激光焊接柔性智能制造单元及轨 迹优化方法 (57)摘要 一种车身激光焊接柔性智能制造单元及轨 迹优化方法， 单元包括工作站、 机器人与激光设 备、 电控柜、 机器人控制柜； 电控柜， 与 PLC控制器 通信； 在工作站的内部设置有可根据PLC控制器 指令执行对应操作工艺的机器人与激光设备， 用 于按照控制系统的程序对工件进行焊接作业； 工 作站上设有旋转工作台， 旋转台的上方两端分别 设置有一个用于夹持工件的夹具， 满足其中一个 夹具位于工作站内部时另一个夹具处于工作站 外部； 夹具多个点位上均布置有工件到位检测传 感器， 以辨别被加工工件的种类； 工件到位检测 传感器检测到工件到位后发送信号给PLC控制 器， PLC控制器接收信号后， 分辨出工件种类， 调 取用于生产该产品的程序数据。 增加了生产过程 的柔性。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115446456 A 2022.12.09 CN 115446456 A 1.一种车身激光焊接柔性智能制造单元， 包括工作站、 机器人与激光设备、 电控柜、 机 器人控制柜； 机器人控制柜， 用于 机器人的控制操作； 电控柜， 与PLC控制器通信， 并存 储有机器人与激光设备的型号及品牌， 能够进行选择； 在工作站的内部设置有可根据PLC控制器指令执行对应操作工艺的机器人与激光设 备， 机器人与激光设备用于按照控制系统的程序对工件进行焊接作业； 其特征在于， 工作站上设有旋转工作台， 旋转台的上方两端分别设置有一个用于夹持工件的夹具， 旋转工作台转动时能够从工作 站上的进料孔处穿过， 且满足其中一个夹具位于工作 站内部 时另一个夹具处于 工作站外 部； 夹具多个点 位上均布置有工件到位检测传感器， 以辨别被加工 工件的种类； 工件到位检测传感器检测到工件到位后发送信号给PLC控制器， PLC控制器接收信号 后， 分辨出工件种类， 调取 该型机器人与激光设备用于生产该产品的程序数据。 2.根据权利要求1所述的车身激光焊接柔性智能制造单元， 其特征在于， 所述程序 数据 包括产品加工的工艺 参数和针对不同工艺针对性优化后的机器人轨 迹参数。 3.根据权利要求1所述的车身激光焊接柔性智能制造单元， 其特征在于， 所述工作站包 括底板， 底板上 方四周拼接固定有激光防护房墙 体， 激光防护房墙 体的顶端固定有顶板 。 4.根据权利要求3所述的车身激光焊接柔性智能制造单元， 其特征在于， 所述工作站的 一侧墙体上安装有检修门。 5.根据权利要求1所述的车身激光焊接柔性智能制造单元， 其特征在于， 还包括水冷 机， 设置在工作站的外 部， 用于在工件焊接时给激光设备提供 水冷。 6.根据权利要求1所述的车身激光焊接柔性智能制造单元， 其特征在于， 还包括除尘设 备， 所述除尘设备包括除尘机和风管， 抽风机 设置在工作 站的外部， 抽风机的输入端连接有 风管， 风管 连通至工作站的内部， 通过抽风机将工作站内部的焊接过程中产生灰尘抽出。 7.根据权利要求2任一项所述的车身激光焊接柔性智能制造单元， 其特征在于， 机器人 轨迹优化方法如下： 第一步： 确定优化目标与约束条件： 将机器人运动时间、 关节的平均加速度、 关节平均冲击作为优化目标， 并对机器人的关 节力矩、 关节加 加速度、 关节加速度、 关节速度、 关节位移设置约束条件； 第二步： 用NSGA ‑II算法进行多目标优化， 得到pareto 最优解集； 第三步： 得到最优解集后， 利用归一权重函数来选取不同激光焊接工艺所对应的工程 解。 8.根据权利要求7所述的车身激光焊接柔性智能制造单元， 其特征在于， 优化目标如 下： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115446456 A 2式子中T为机器人沿一定轨迹从初始位姿运动到终止位姿的时间,vi,ai,ji分别为第i 个点的关节速度、 加速度和冲击， t代表时间， ti和ti+1分别代表第i个点和第i+1个点所处的 时刻， n代表轨迹规划过程中途径点的个数， m代表第几个关节， M代表总关节个数， S1为运动 时间， S2为关节的平均加速度， S3为关节平均冲击； 约束条件： 关节力矩： | τm(t)|≤ τmmax； 关节加加速度： |jm(t)|≤jmmax； 关节加速度： |am(t)|≤jmmax； 关节速度： |vm(t)|≤vmmax； 关节位移： q∈Ω； 其中τm(t)、 jm(t)、 am(t)、 vm(t)、 q分别为第m个关节的关节力矩、 关节加加速度、 关节加 速度、 关节速度以及关节位移， τmmax、 jmmax、 ammax、 vmmax、 分别为第m个关节的最大力矩、 最大加 加速度、 最大加速度、 最大速度， Ω为机器人的工作空间。 9.根据权利要求7所述的车身激光焊接柔性智能制造单元， 其特征在于， 归一权重函 数： fc＝α1S1/N1+α2S2/N2+α3S3/N3； 其中： S1为运动时间； S2为关节的平均加速度； S3为关节平均冲击； α1为运动效率所占的权 重系数； α2为能量消耗所占的权 重系数； α3为平滑度所占的权 重系数； fc用来表征解的合 适程度； N1， N2， N3为各指标在 pareto最优解集中所取到的最大值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115446456 A 3