可快速配置通用多轴运动控制系统的方法技术方案

一种可快速配置通用多轴运动控制系统的方法，其特征是在自动化装配系统结构设计完成之后，根据系统的几何和功能特征，对各模块进行划分，明确各模块功能，以减少模块接口的信息量；模块功能的定义和接口的划分应使得各模块彼此独立，从而在接口保持不变的情况下，某一模块的改变不会影响到其他模块。本发明专利技术使用简单，性能稳定，易于部署实施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种多轴运动控制技术，尤其是一种多轴运动自动编程技术，具体地说是一种可快速配置通用多轴运动控制系统的方法。
技术介绍
近年来，为保证飞机装配质量，提高机体的疲劳寿命，实现大批量生产中的低成本和高效率，现代装配过程中大量采用了自动化装配技术。例如包括自动钻铆机、自动对接定位系统在内的飞机自动化装配的主流设备，正在国内逐步大量应用。这些设备都具有多轴联动的特点，因而其控制系统在原理上有一定的相似性。传统上这些自动化装配设备都是根据企业的需求，首先进行结构设计，然后根据功能指标进行控制系统的选型，接着进行软件和用户界面的开发。因此每一系统的控制系统都是单台定制的，开发周期长，调试测试时间长，容易产生系统稳定性差等缺陷。采用通用性强、可重构的多轴控制系统是满足企业的实际生产要求，加快市场响应速度的重要途径。通常可重构性是指在一个系统中，其硬件模块或软件模块均能根据变化的数据流或控制流对系统结构和算法进行重新配置。理论上，可以通过可重构互连用多个可重构器件构成一个完整的系统。根据可重构性，可以对已安装好的整个系统构架修改，还可以根据不同的应用需要，改变本身的体系结构，与实际的应用需求相匹配，这是可重构系统最突出的优点。因此，在讨论可重构问题时，应该知道重构可以发生在设计、运用、执行等任何阶段，而这些不同阶段都各自定义了其独特的可重构系统的类别。控制系统的可重构性是指在系统原有控制资源的基础上，通过调整系统的结构、功能等使系统快速适应需求变化的能力。可重构多轴运动控制系统遵循工控组态和软件构件复用的思想。工控组态是指根据应用对象和控制任务的需求，利用组态软件提供的工具，通过简单的配置和定义或编写语言，对于不同但基本类似的应用对象进行控制，无需重新设计和进行程序编写，快速配置完成一个新系统或修改系统功能。组态软件则是指以多样的组态方式提供优良的开发界面和简单明了的操作方法来实现过程控制与实现数据采集的软件，通过对已有软件模块的属性定义和组装，在预先设定好的图像界面下，用户只需以一种搭积木的方式，便能很快构建应用对象所需的软件，避免了繁琐的计算机语言开发过程，最大程度上复用已有的软件模块。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的自动化装配系统综合集成和调整困难，编程工作量大的问题，专利技术一种可通过配置简单的文件和特定的运动控制算法模块快速实现系统集成的所要实现的可快速配置通用多轴运动控制系统的方法，以快速配置通用多轴运动控制系统，降低多轴运动控制系统设计的复杂程度。本专利技术的技术方案是：一种可快速配置通用多轴运动控制系统的方法，其特征是在自动化装配系统结构设计完成之后，根据系统的几何和功能特征，对各模块进行划分，明确各模块功能，以减少模块接口的信息量；模块功能的定义和接口的划分应使得各模块彼此独立，从而在接口保持不变的情况下，某一模块的改变不会影响到其他模块。可快速配置通用多轴运动控制系统的功能模块分为五个模块：多轴联动控制模块、运动轴单轴调试模块、工艺参数管理模块、用户管理模块、检测反馈模块。可重构多轴控制系统模型，通过采用数据总线与各功能模块之间建立数据连接关系。其中：（1）多轴联动控制模块：负责数据信息的融合，在自动化装配系统结构设计完成之后，根据系统的几何和功能特征，或者根据用户及程序指令，采用机构学与控制理论来描述被控多轴对象，包括多轴系统的任务轨迹规划、运动学反解、动力学反解及控制算法。（2）运动轴单轴调试模块：它能根据多轴联动模块提供的数据信息及运动轴状态参数设置，对系统的运动轴数量、行程范围、单位（UI上显示）、初始速度等等进行配置，通过PID控制算法或其它智能控制算法，实现对单个轴的控制，并对控制效果进行分析，形成单轴控制算法库，提高单轴调试的模块化和控制算法代码重用的功能。（3）工艺参数管理模块：它能根据系统工艺参数及状态显示，采用工艺参数配置文件，对工艺参数的初始大小、范围、单位、与运动轴的对应关系等进行配置。选择相应的工艺参数，根据多轴联动控制模块提供的数据信息，对工艺参数进行模块化组装。（4）用户管理模块：它能根据用户管理需求，采用用户配置文件，对不同用户类型的权限等进行配置。选择状态监测、数据存储及可视化等操作，并进行组装。（5）检测反馈模块主要对多轴联动系统的传感器信息的提取与反馈处理。包括检测模块和反馈模块。检测模块采用检测模块配置文件，对标准模块化检测子系统（如飞机自动化制孔的法向检测系统）的几何参数、量程、标定补偿等进行配置。系统中传感器功能主要是完成从环境数据中提取特定传感器的数据信息。反馈模块一般由种类不同的多个传感器构成。通过反馈模块实现对各传感器信息的融合，即综合分布在多轴联动系统不同位置的多个传感器所提供的局部信息。本专利技术的有益效果是：本专利技术具有功能和性能稳定，开发周期短，便于实现自动化装配系统的快速实现和交付的特点。根据本专利技术所得到的运动控制系统，可以通过几个配置文件完成绝大多数控制软件的开发工作，用户只需要集中实现多轴联动控制模块（仅对杂的多轴联动控制系统才有）和用户界面的特定功能进行开发即可。开发周期短，易于快速实现。而由于大多数软件模块都是复用成熟稳定的软件模块，因此容易保证系统的功能和稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例的一个可重构软件系统结构模型。数据总线向功能模块输入数据已驱动功能模块运行，而功能模块从数据总线上获取输入数据，运行后再把输出数据输送到数据总线上去。这样，所有功能模块之间实现了完全的数据驱动功能。图2是本专利技术的系统模块组成示意图。图3是本专利技术实施例所涉及的一个飞机自动钻铆系统的定位机构结构原理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。参见示出本专利技术实施例的附图，下文将更详细地描述本专利技术。然而，本专利技术可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出的这些实施例是为了充分及完整公开，并且使本
的技术人员完全了解本专利技术的范围。下面结合图3所示的飞机自动钻铆系统，详述本可快速配置通用多轴运动控制系统实施方法。一种可快速配置飞机自动钻铆系统的方法，在自动化装配系统结构设计完成之后，根据系统的几何和功能特征，对各模块进行划分，明确各模块功能，以减少模块接口的信息量；模块功能的定义和接口的划分应使得各模块彼此独立，从而在接口保持不变的情况下，某一模块的改变不会影响到其他模块。可快速配置通用多轴运动控制系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可快速配置通用多轴运动控制系统的方法，其特征是在自动化装配系统结构设计完成之后，根据系统的几何和功能特征，对各模块进行划分，明确各模块功能，以减少模块接口的信息量；模块功能的定义和接口的划分应使得各模块彼此独立，从而在接口保持不变的情况下，某一模块的改变不会影响到其他模块。

【技术特征摘要】
1.一种可快速配置通用多轴运动控制系统的方法，其特征是在自动化装配系统结构设
计完成之后，根据系统的几何和功能特征，对各模块进行划分，明确各模块功能，以减少模
块接口的信息量；模块功能的定义和接口的划分应使得各模块彼此独立，从而在接口保持
不变的情况下，某一模块的改变不会影响到其他模块。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的根据系统的几何和功能特征，将模块分
为：多轴联动控制模块、运动轴单轴调试模块、工艺参数管理模块、用户管理模块和检测反
馈模块，以便实现多轴控制系统模型的重构，通过采用数据总线与各功能模块之间建立数
据连接关系。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的多轴联动控制模块负责数据信息的融
合，在自动化装配系统结构设计完成之后，根据系统的几何和功能特征，或者根据用户及程
序指令，采用机构学与控制理论来描述被控多轴对象，包括多轴系统的任务轨迹规划、运动
学反解、动力学反解及控制算法。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的运动轴单轴调试模块根据多轴联动模
块提供的数据信息及运动轴状态参数设置，对系统的运动轴数量、行程范围、单位及初始速
度进行配置，通过PID...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珉，张得礼，潘国威，陈文亮，陶克梅，杨燕勇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32