转向架构架机器人焊接路径优化设计

转向架构架属于车辆极为关键的部件，其焊接质量状况以及焊接效率高低，对车辆整体性能的影响是极为重大。传统的焊接方法存在着不少的缺陷与不足，而机器人焊接技术在相关领域的应用，恰恰为妥善解决这些存在的问题给出行之有效的解决途径。并且，焊接路径优化设计工作，能够将机器人焊接所具备的优势充分发挥出来的关键所在，它会对焊接质量好坏、生产效率高低以及成本多少都产生直接性的影响。因此，对转向架构架开展机器人焊接路径优化设计研究有着重要的现实意义。

一、转向架构架焊接特点

转向架构架的结构复杂，是由各种不同形状以及尺寸的部件通过焊接的方式组合而成。其焊缝的分布广泛，并且类型多种多样，如长直焊缝、曲线焊缝、环形焊缝等等。该构架对于焊接质量有极高的要求，需要承受车辆在运行过程当中所产生的复杂载荷，如垂向力、横向力以及纵向力等。如此一来，便要求焊缝得具备很不错的强度与韧性，确保转向架构架的可靠性以及安全性。

二、转向架构机器人焊接路径优化相关技术

（一）机器人焊接路径规划基础

机器人焊接路径规划是指根据焊接任务的要求，在机器人工作空间内规划出一条从起点到终点的合理路径，使得机器人能够按照预定的轨迹完成焊接作业。路径规划需要考虑的因素包括焊接点的位置、焊接顺序、机器人的运动学约束、焊接工艺要求等。在转向架构焊接中，焊接点的分布较为复杂，且不同焊接点的焊接工艺参数可能不同。因此，路径规划需要综合考虑这些因素，以确保焊接过程的顺利进行。

（二）智能优化算法概述

智能优化算法是一类基于自然界生物进化、群体行为等规律设计的优化算法，具有全局搜索能力强、收敛速度快等优点，在路径优化问题中得到了广泛应用。常见的智能优化算法包括遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法等。遗传算法是模拟生物进化过程的随机搜索算法，通过选择、交叉和变异等操作，不断优化种群中的个体，以找到最优解。模拟退火算法则是基于物理中固体退火过程的优化算法，通过接受一定概率的劣解，避免算法陷入局部最优解。

（三）转向架构焊接特点分析

转向架构的结构复杂，焊接点数量多且分布不均匀，焊接过程中需要承受较大的焊接应力。此外，转向架构的焊接质量要求高，焊缝的强度、密封性等都需要满足严格的标准。​这些特点对焊接路径优化提出了更高的要求，需要在保证焊接质量的前提下，尽可能缩短焊接时间，减少焊接应力的产生。

三、焊接路径优化设计流程与实现

（一）数据获取与预处理

利用三维建模软件（如 SolidWorks、Pro/E 等），依照转向架构架事先设计好的图纸来构建精准的三维模型，涵盖构架本体相关情况、焊缝所处位置以及其呈现出的形状等诸多信息。从所构建的三维模型当中把焊缝的几何参数提取出来，如焊缝起点、终点的坐标，焊缝具体的长度以及其方向等等，随后再把这些参数转变成适宜路径规划算法去处理的数据样式。同时，获取焊接工艺参数，如焊接时电流大小、电压高低、焊接速度快慢等情况。针对焊接的工作环境展开建模工作，把工件、夹具、机器人等各类设备的摆放位置以及它们各自的尺寸大小等都包括之内，以此为后续进行碰撞检测预备下基础的数据资料。

（二）路径规划与优化算法执行

依据转向架构架自身所具备的特点以及实际焊接工作中的具体需求，来对遗传算法或者蚁群算法的各项参数加以设置，参数包含种群规模大小、迭代的具体次数、交叉发生的概率、变异出现的概率等等。把经过预先处理的数据，输送至已经选定好的优化算法里，该算法会凭借着不断地进行迭代搜索操作，找寻既能符合约束条件，又可以让目标函数达到最优状态的焊接路径。在整个迭代的进程之中，要实时地把路径的适应度数值、焊接所耗费的时间等一系列相关指标记录，从而方便后续针对算法的收敛情况以及优化所取得的效果展开分析。针对经过优化之后的焊接路径，要展开全面的评估工作，评估内容涵盖焊接所花费时间、路径的实际长度、是否能够满足几何以及工艺约束条件、是否存在着碰撞风险等。若结果不满意，可调整算法参数或尝试其他算法，重新进行路径规划。

（三）路径验证与仿真

运用碰撞检测算法来对经过优化的焊接路径予以验证，其目的在于保证机器人在开展运动的整个过程里不会和周边的物体出现碰撞情况。要是检测到有碰撞发生，那就得对该路径做出调整或者重新进行规划。使用专业的焊接仿真软件（如 RobotStudio、DELMIA 等），把优化之后的焊接路径导入到软件之中，以此来模拟机器人实施焊接的具体过程。通过开展仿真，能够对机器人的运动姿态加以观察，也能留意焊接参数出现的种种变化状况，还能看到对于焊接质量所做出的预测结果，进而再次对路径的合理性以及可行性做出验证。根据仿真结果，如发现焊接过程中存在问题，如焊缝质量不达标、机器人运动不平稳等，对焊接路径或工艺参数进行相应调整，然后再次进行仿真验证，直到获得满意的焊接效果。

结论

本文针对转向架构架机器人焊接路径优化设计问题，通过分析转向架构架的焊接特点，构建了以焊接时间最小化为目标的数学模型，并设定了相应的约束条件。在此基础上，详细介绍了遗传算法和蚁群算法在焊接路径规划的实现步骤，提出了一套完整的焊接路径优化设计流程，包括数据获取与预处理、路径规划与优化算法执行以及路径验证与仿真。通过上述方法，能够有效提高转向架构架机器人焊接路径的优化效果，提升焊接质量和生产效率，降低生产成本，为转向架构架的高效、高质量焊接提供了技术支持。

参考文献：

[1] 辛海波 . 焊接机器人在转向架构架焊接中的应用研究 [D]. 上海交通大学 [2025-07-21].DOI:CNKI:CDMD:2.2010.204361.

[2] 梅遨宇 , 安伟 , 刘建新 , 等 . 基于电弧跟踪技术的转向架构架焊接机器人焊接工艺 [J]. 焊接技术 , 2021, 50(10):66-69.