一种基于机械臂的单站点给料生产加工系统的工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机械臂的单站点给料生产加工系统的工作机制，其特征是单站点给料生产加工系统包括：机械臂、传送带、工业相机、容量为M的缓存库、容量为N的成品库和工件。机械臂获取当前状态下的缓存库空余量m和抓手位置p，根据一个最优控制策略v

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制领域，尤其是一种单站点传送带给料生产加工站系统的工作机制
技术介绍
随着现代工业的快速的发展，机械臂自动化生产线在工业生产领域的应用日趋广泛，如在电子制造、汽车制造、加工包装、货物分拣等领域。特别是机器视觉技术在生产线上的运用，极大地提高了系统的柔性化、智能化和自动化水平。该类自动化生产线通常配置一个或多个用于拣取或加工的机械臂作为具体执行机构；配置一条或多条传送带用于输送工件和包装盒；配置工业视觉系统用于工件的定位、识别、尺寸测量等不同的操作。然而随着社会经济的发展，生产加工的特殊化、专业化、随机化对自动化生产线的生产效率、生产多用性、智能性以及灵活性提出了更高的要求。传统的生产线往往适应单一工件流，并且按照固定节拍在固定点加工工件。针对非固定节拍、随机供料、多品种小批量等生产方式的适应性和生产效率不高。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术存在的不足之处，提供一种基于机械臂的单站点给料生产加工系统的工作机制，以期能够提高针对非固定节拍、随机供料、非固定点加工的单站点机械臂生产线的生产效率，从而为工业生产中的单站点机械臂生产线优化调度提供依据。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术一种基于机械臂的单站点给料生产加工系统的工作机制，所述单站点给料生产加工系统包括：机械臂、传送带、工业相机、容量为M的缓存库、容量为N的成品库和工件；所述机械臂位于所述传送带的一侧，在所述机械臂的两侧分别设置有所述缓存库和成品库；所述工业相机处于所述机械臂的上游，且垂直正对所述传送带上的工件，令所述工业相机垂直正对的位置为拍照点Pcam；且所述工业相机能将位于拍照点Pcam下游的工件位置传递给所述机械臂；定义所述机械臂的前视点为Plook，且位于所述前视点Plook下游的工件无法被所述机械臂抓取；定义缓存库中的空余量为m；m∈[0,M]；定义所述机械臂的抓手的位置为p；当p＝1时，表示所述机械臂的抓手的位置在成品库中；当p＝0时，表示所述机械臂的抓手的位置p在缓存库中；由空余量m和抓手的位置p构成所述加工系统的联合状态Sm,p；定义以所述前视点Plook为起点的一段观测距离为前视距离定义工件经过所述前视距离所花费的时间为前视时间定义所述机械臂在所述传送带上的工作范围为Wpick，并在所述工作范围Wpick内进行卸载操作，在缓存库上进行服务操作；所述卸载操作是将所述工件从所述传送带上抓取至所述缓存库中；所述服务操作是将所述缓存库中的工件进行加工后放入所述成品库中；定义完成卸载操作的时间为卸载时间定义完成服务操作的时间为服务时间在完成卸载操作后所述机械臂的抓手处于所述缓存库中；在完成服务操作后所述机械臂的抓手处于所述成品库中；其特点是，所述工作机制是按如下步骤进行：步骤1、所述加工系统开始运行，工件随机到达机械臂工作区间；设定传送带速度、机械臂速度、工件到达率、工件加工率；定义变量i，并初始化i＝1；步骤2、所述机械臂获取第i次的空余量mi和抓手位置pi，根据最优控制策略v*选择第i次前视距离步骤3、判断所述第i次的最优前视距离内是否有工件，若有工件，则所述机械臂对处于所述第i次的最优前视距离内最靠近前视点Plook的工件进行卸载操作后，执行步骤4；若没有工件，则所述机械臂对所述缓存库中的工件进行服务操作后，执行步骤5；步骤4、判断最靠近前视点Plook的工件的第i次卸载时间是否大于所述最靠近前视点Plook的工件的第i次前视时间若大于，则将i+1赋值给i后，返回步骤2执行；否则，经过第i次的卸载延时后，将i+1赋值给i，并返回步骤2执行；步骤5、判断最靠近前视点Plook的工件的第i次服务时间是否大于所述最靠近前视点Plook的工件的第i次前视时间若大于，则将i+1赋值给i后，返回步骤2执行；否则，经过第i次服务延时后，将i+1赋值给i，并返回步骤2执行。本专利技术所述的基于机械臂的单站点给料生产加工系统的工作机制的特点也在于：所述加工系统是以所述空余量m和抓手(7)位置p作为状态来控制所述前视距离的长短，进而控制所述机械臂(1)的操作方式；当空余量m较小时，则所述机械臂(1)选取较短的前视距离所述机械臂趋向于服务操作；当空余量m较大时，则所述机械臂(3)选取较长的前视距离所述机械臂趋向于卸载操作。所述最优控制策略v*按以下步骤获得：步骤1、所述加工系统以缓存库的空余量和抓手位置作为状态，前视距离的选取作为行动，建立半Markov决策模型；步骤2、通过策略迭代算法对半Markov模型进行优化求解，得到最优控制策略v*。所述半Markov模型按以下步骤建立：步骤1、定义所述缓存库的状态为其空余量m，则所述缓存库的状态空间为Φ1，并有Φ1＝{0,1,...,M本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机械臂的单站点给料生产加工系统的工作机制，所述单站点给料生产加工系统包括：机械臂(1)、传送带(2)、工业相机(3)、容量为M的缓存库(4)、容量为N的成品库(5)和工件(6)；所述机械臂(1)位于所述传送带(2)的一侧，在所述机械臂(1)的两侧分别设置有所述缓存库(4)和成品库(5)；所述工业相机(3)处于所述机械臂(1)的上游，且垂直正对所述传送带(2)上的工件(6)，令所述工业相机(3)垂直正对的位置为拍照点Pcam；且所述工业相机(3)能将位于拍照点Pcam下游的工件位置传递给所述机械臂(1)；定义所述机械臂(1)的前视点为Plook，且位于所述前视点Plook下游的工件无法被所述机械臂(1)抓取；定义缓存库(4)中的空余量为m；m∈[0,M]；定义所述机械臂(1)的抓手(7)的位置为p；当p＝1时，表示所述机械臂(1)的抓手(7)的位置在成品库(5)中；当p＝0时，表示所述机械臂(1)的抓手(7)的位置p在缓存库(4)中；由空余量m和抓手(7)的位置p构成所述加工系统的联合状态Sm,p；定义以所述前视点Plook为起点的一段观测距离为前视距离定义工件(6)经过所述前视距离所花费的时间为前视时间定义所述机械臂(1)在所述传送带(2)上的工作范围为Wpick，并在所述工作范围Wpick内进行卸载操作，在缓存库(4)上进行服务操作；所述卸载操作是将所述工件(6)从所述传送带(2)上抓取至所述缓存库(4)中；所述服务操作是将所述缓存库(4)中的工件(6)进行加工后放入所述成品库(5)中；定义完成卸载操作的时间为卸载时间定义完成服务操作的时间为服务时间在完成卸载操作后所述机械臂(1)的抓手(7)处于所述缓存库(4)中；在完成服务操作后所述机械臂(1)的抓手(7)处于所述成品库(5)中；其特征是，所述工作机制是按如下步骤进行：步骤1、所述加工系统开始运行，工件随机到达机械臂工作区间；设定传送带速度、机械臂速度、工件到达率、工件加工率；定义变量i，并初始化i＝1；步骤2、所述机械臂(1)获取第i次的空余量mi和抓手(7)位置pi，根据最优控制策略v*选择第i次前视距离步骤3、判断所述第i次的最优前视距离内是否有工件，若有工件，则所述机械臂(1)对处于所述第i次的最优前视距离内最靠近前视点Plook的工件进行卸载操作后，执行步骤4；若没有工件，则所述机械臂(1)对所述缓存库(4)中的工件进行服务操作后，执行步骤5；步骤4、判断最靠近前视点Plook的工件的第i次卸载时间是否大于所述最靠近前视点Plook的工件的第i次前视时间若大于，则将i+1赋值给i后，返回步骤2执行；否则，经过第i次的卸载延时后，将i+1赋值给i，并返回步骤2执行；步骤5、判断最靠近前视点Plook的工件的第i次服务时间是否大于所述最靠近前视点Plook的工件的第i次前视时间若大于，则将i+1赋值给i后，返回步骤2执行；否则，经过第i次服务延时后，将i+1赋值给i，并返回步骤2执行。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机械臂的单站点给料生产加工系统的工作机制，所述单站点给料生产加工系
统包括：机械臂(1)、传送带(2)、工业相机(3)、容量为M的缓存库(4)、容量为N的成品库(5)
和工件(6)；
所述机械臂(1)位于所述传送带(2)的一侧，在所述机械臂(1)的两侧分别设置有所述缓存库
(4)和成品库(5)；所述工业相机(3)处于所述机械臂(1)的上游，且垂直正对所述传送带(2)上的
工件(6)，令所述工业相机(3)垂直正对的位置为拍照点Pcam；且所述工业相机(3)能将位于拍照
点Pcam下游的工件位置传递给所述机械臂(1)；定义所述机械臂(1)的前视点为Plook，且位于所
述前视点Plook下游的工件无法被所述机械臂(1)抓取；
定义缓存库(4)中的空余量为m；m∈[0,M]；定义所述机械臂(1)的抓手(7)的位置为p；
当p＝1时，表示所述机械臂(1)的抓手(7)的位置在成品库(5)中；当p＝0时，表示所述机械臂
(1)的抓手(7)的位置p在缓存库(4)中；由空余量m和抓手(7)的位置p构成所述加工系统的联
合状态Sm,p；定义以所述前视点Plook为起点的一段观测距离为前视距离定义工件(6)经过所述前视距离所花费的时间为前视时间定义所述机械臂(1)在所述传送带(2)上的工作范围为Wpick，并在所述工作范围Wpick内进
行卸载操作，在缓存库(4)上进行服务操作；所述卸载操作是将所述工件(6)从所述传送带(2)
上抓取至所述缓存库(4)中；所述服务操作是将所述缓存库(4)中的工件(6)进行加工后放入所述
成品库(5)中；定义完成卸载操作的时间为卸载时间定义完成服务操作的时间为服务时
间在完成卸载操作后所述机械臂(1)的抓手(7)处于所述缓存库(4)中；在完成服务操作后
所述机械臂(1)的抓手(7)处于所述成品库(5)中；
其特征是，所述工作机制是按如下步骤进行：
步骤1、所述加工系统开始运行，工件随机到达机械臂工作区间；设定传送带速度、机
械臂速度、工件到达率、工件加工率；定义变量i，并初始化i＝1；
步骤2、所述机械臂(1)获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐昊，张树林，吴攀飞，刘心报，谭琦，戴飞，宋聪颖，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34