基于分布式可移动平台的自动化柔性装配系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及自动化装配技术，旨在提供一种基于分布式可移动平台的自动化柔性装配系统及控制方法。该系统有多个可移动平台，并沿传输线布置多个工作站；可移动平台包括托盘，其底部装有的驱动装置，还设有能接收无线信号的分布式控制器，后者通过信号线接至驱动装置；工作站包括无效站、存储站、人工站和自动站；在各工作站处均设有减速传感器、停止传感器和触发气缸，传感器通过有线或无线通信方式连接至中央控制器，后者通过无线连接方式分别连接至各可移动平台。与现有技术相比，本发明专利技术可以实现异步运动，同步装配，大大提升了传输线的柔性，能够满足多样化柔性装配的需求。无线通信技术，可降低控制系统成本，提高工作效率和系统的机动性。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式可移动平台的自动化柔性装配系统及控制方法
本专利技术涉及自动化装配技术，更详细地说，本专利技术涉及基于分布式可移动平台的自动化柔性装配系统及控制方法，采用非支配排序遗传算法生成分布式调度策略，实现装配过程中可移动平台的柔性动态调节。技术背景物流传输或者装配制造系统，都会配有专门的传输线，这些自动化传输线设计复杂、功能单一、节拍固定，不具备可柔性调节的特点。主要表现在：首先，传统的自动化传输线传动普遍采用倍速链结构或皮带式结构，这种结构的主要特点是整条传输线的回转半径比较大，运行不可靠，精度比较低；传输线功能单一，可装配的品种较少；工作地工序固定，而且每道工序都按照统一的节拍进行装配，无法保证整条传输线的平衡，从而影响到整条传输线的工作效率。此外，由于传输线节拍无法动态调节，使得传输线缺乏柔性，多种类型的产品频繁切换也会使得传输线效率严重下降。其次，目前的自动化传输线中，控制系统大都采用基于有线连接的现场总线技术作为基础网络技术，传输线本身采用统一驱动部件带动承载的多个托盘沿工位前行，不具备根据工位特性实现托盘异步运行的功能。虽然相对无线通信来说，有线连接更加稳定可靠，但还是会有很多的缺陷。第一，对复杂的控制系统采用有线连接技术增加控制系统成本；第二，反复拔插线缆会造成接触不良，影响通讯质量，降低系统的稳定性；第三，有线连接使得控制系统的移动性能降低，也会使传输线的柔性降低；第四，对于一些移动的控制系统，根本无法采用有线连接的方式实现预定功能。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是，克服
技术介绍
的不足，提供一种基于分布式可移动平台的自动化柔性装配系统及控制方法，实现基于可移动平台的自动化柔性装配系统的调节。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种基于分布式可移动平台的自动化柔性装配系统，包括闭合运行的传输线，传输线具有上下两层结构的传送装置，以及设于传送装置两端的上料机器人、下料机器人和两台升降机；在传输线上设有多个可移动平台，并沿传输线布置多个工作站；所述可移动平台的主体是用于盛装工件的托盘，其底部装有能使可移动平台在传送装置上移动的驱动装置；在托盘上设有内置无线信号接收装置的分布式控制器，分布式控制器通过信号线接至驱动装置；所述工作站包括：作为装配系统工艺调节冗余设计的无效站、作为临时存储工位的存储站、作为人工装配操作工位的人工站，以及作为装配机构执行自动装配操作的自动站；各工作站根据工艺要求设置为单线装配站或多线装配站；在各工作站处均设有减速传感器、停止传感器和触发气缸，减速传感器和停止传感器通过有线或无线通信方式连接至中央控制器；中央控制器通过无线连接方式分别连接至各可移动平台。本专利技术中，在可移动平台上设有视觉可识别标记，所述减速传感器和停止传感器是摄像及识别装置；或者，在可移动平台上设有射频识别标记，所述减速传感器和停止传感器是射频检测及识别装置。本专利技术中，所述传送装置是直线导轨，沿着直线导轨设置平行的齿条，可移动平台的驱动装置包括电机，电机输出轴通过传动机构连接至齿轮，齿轮与所述齿条相互啮合；或者，所述传送装置具有塑胶或橡胶的平面，可移动平台的驱动装置包括电机，电机输出轴通过传动机构连接至滚轮，滚轮安放在传送装置的平面上。本专利技术中，所述可移动平台上装有分别用于配合执行可移动平台的启动、减速、停止、零位、换向及旋转定位操作的传感器。本专利技术中，还包括始端输送系统，该系统包括物料传输装置和定位装置，用于将物料输送至指定位置以便上料机器人抓取物料。本专利技术中，沿传输线还设有用于质量检测的自动测试站。作为一种应用例，所述可移动平台的主体是塔型工件托盘，其底部设置V型滚轮，托盘上安装了伺服电机并通过减速机和传动机构与滚轮相连；托盘上装设内置无线信号接收装置的分布式控制器，以及用于配合启动、减速、停止、零位、换向及旋转定位操作的传感器。本专利技术进一步提供了利用所述装配系统实现基于分布式可移动平台的自动化柔性装配的方法，包括以下步骤：(1)位于始端的升降机将可移动平台抬升至与上层传送装置平齐的位置后，上料机器人抓取物料放置在可移动平台上；(2)可移动平台根据中央控制器发送的调度指令，利用驱动装置沿着上层传送装置行进，并根据沿途经过的工作站类型进行运动模式切换，具体为：在下述情况下，可移动平台保持原速度继续行进，并忽略停止传感器的作用：(a)移动到无效站的减速传感器时；(b)移动到存储站、人工站或自动站的减速传感器时，中央控制器传递的调度指令中提示对应工作站中无空位；当移动到存储站、手动站或自动站的减速传感器时，如中央控制器传送的调度指令中提示该工作站有空位，则可移动平台按预先设定的平滑速度曲线运行到停止传感器处，并由工作站的触发气缸将可移动平台推送至相应工位上，以实现可移动平台的存储、或者针对托盘中工件的手动与自动装配操作；当上层传送装置中位置在后的手动站或自动站出现空工位时，中央控制器向已进入存储站的可移动平台传送调度指令，以执行返回上层传送装置并继续行进的操作；(3)完成装配操作的工作站由人工或自动启动触发气缸，将可移动平台推送回上层传送装置，沿原行进方向前进并忽略沿途各工作站的传感器；最终停止在末端升降机上，由下料机器人抓取至指定位置；(4)空载的可移动平台由末端升降机下降至与下层传送装置平齐的位置后，再沿与在上层传送装置时相反方向运行；沿下层传送装置布置了多个临时存储站，空载的可移动平台根据中央控制器传送的调度指令，直接运行至首端升降机上或者进入沿途的临时存储站中。本专利技术中，如可移动平台在上层传送装置的整个行进过程中均未能进入工作站，则按步骤(4)的内容进行操作。本专利技术中，所述中央控制器接收各运行设备运行状态或传感器检测结果的数据，根据下述方式建立调度机制，并将调度指令传送至各可移动平台和运行设备以满足调度机制的要求；具体包括以下内容：所述自动化柔性装配系统基于petri网进行模型构建，采用三元组形式定义，其数学模型如下：W＝＜T,Γ,F＞Γ＝{τ1,τ2,...,τN}F＝{N1+N2＝M＜N}.式中，W表示petri网的三元组，T表示Petri网库所的集合，Γ表示变迁的集合，F表示满足的约束条件；ti1表示单线操作装配线时间,1≤i≤N1；ti2表示多线操作装配线时间,1≤i≤N2；τi表示可移动平台在相邻工位切换时间，1≤i≤N；，N1表示单线装配工序数，N2表示多线装配工序数，M表示产品所需的总装配工序数，N表示整条装配线所有的工位数；所述的自动化柔性装配系统使用非支配排序遗传算法进行优化调度，非支配排序遗传算法根据预定的优化指标及装配系统实时反馈回来的状态信息，动态生成帕累托最优解，根据帕累托最优解L来调节分布式调度策略；所需的优化指标可由用户预先定义，其中包括可移动平台装配时间，连续两次分布式策略切换时间；具体的多目标优化数学模型如下：L:Pareto{f1(t),f2(t)}s.t.N1+N2＝M＜N.模型中ti1表示的是第i个单线操作的时间，1≤i≤N1；ti2的i表示的是第i个多线操作的时间，1≤i≤N2；ti3表示分布式策略切换时第i个工序的切换时间，1≤i≤M；i<N时，τi表示可移动平台在第i个工位和第i+1个工位的切换时间，i＝N时，τi表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式可移动平台的自动化柔性装配系统，包括闭合运行的传输线，传输线具有上下两层结构的传送装置，以及设于传送装置两端的上料机器人、下料机器人和两台升降机；其特征在于，在传输线上设有多个可移动平台，并沿传输线布置多个工作站；所述可移动平台的主体是用于盛装工件的托盘，其底部装有能使可移动平台在传送装置上移动的驱动装置；在托盘上设有内置无线信号接收装置的分布式控制器，分布式控制器通过信号线接至驱动装置；所述工作站包括：作为装配系统工艺调节冗余设计的无效站、作为临时存储工位的存储站、作为人工装配操作工位的人工站，以及作为装配机构执行自动装配操作的自动站；各工作站根据工艺要求设置为单线装配站或多线装配站；在各工作站处均设有减速传感器、停止传感器和触发气缸，减速传感器和停止传感器通过有线或无线通信方式连接至中央控制器；中央控制器通过无线连接方式分别连接至各可移动平台。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式可移动平台的自动化柔性装配系统，包括闭合运行的传输线，传输线具有上下两层结构的传送装置，以及设于传送装置两端的上料机器人、下料机器人和两台升降机；其特征在于，在传输线上设有多个可移动平台，并沿传输线布置多个工作站；所述可移动平台的主体是用于盛装工件的托盘，其底部装有能使可移动平台在传送装置上移动的驱动装置；在托盘上设有内置无线信号接收装置的分布式控制器，分布式控制器通过信号线接至驱动装置；所述工作站包括：作为装配系统工艺调节冗余设计的无效站、作为临时存储工位的存储站、作为人工装配操作工位的人工站，以及作为装配机构执行自动装配操作的自动站；各工作站根据工艺要求设置为单线装配站或多线装配站；在各工作站处均设有减速传感器、停止传感器和触发气缸，减速传感器和停止传感器通过有线或无线通信方式连接至中央控制器；中央控制器通过无线连接方式分别连接至各可移动平台。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在可移动平台上设有视觉可识别标记，所述减速传感器和停止传感器是摄像及识别装置；或者，在可移动平台上设有射频识别标记，所述减速传感器和停止传感器是射频检测及识别装置。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传送装置是直线导轨，沿着直线导轨设置平行的齿条，可移动平台的驱动装置包括电机，电机输出轴通过传动机构连接至齿轮，齿轮与所述齿条相互啮合；或者，所述传送装置具有塑胶或橡胶的平面，可移动平台的驱动装置包括电机，电机输出轴通过传动机构连接至滚轮，滚轮安放在传送装置的平面上。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可移动平台上装有分别用于配合执行可移动平台的启动、减速、停止、零位、换向及旋转定位操作的传感器。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括始端输送系统，该系统包括物料传输装置和定位装置，用于将物料输送至指定位置以便上料机器人抓取物料。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，沿传输线还设有用于质量检测的自动测试站。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可移动平台的主体是塔型工件托盘，其底部设置V型滚轮，托盘上安装了伺服电机并通过减速机和传动机构与滚轮相连；托盘上装设内置无线信号接收装置的分布式控制器，以及用于配合启动、减速、停止、零位、换向及旋转定位操作的传感器。8.利用权利要求1所述装配系统实现基于分布式可移动平台的自动化柔性装配的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)位于始端的升降机将可移动平台抬升至与上层传送装置平齐的位置后，上料机器人抓取物料放置在可移动平台上；(2)可移动平台根据中央控制器发送的调度指令，利用驱动装置沿着上层传送装置行进，并根据沿途经过的工作站类型进行运动模式切换，具体为：在下述情况下，可移动平台保持原速度继续行进，并忽略停止传感器的作用：(a)移动到无效站的减速传感器时；(b)移动到存储站、人工站或自动站的减速传感器时，中央控制器传递的调度指令中提示对应工作站中无空位；当移动到存储站、手动站或自动站的减速传感器时，如中央控制器传送的调度指令中提示该工作站有空位，则可移动平台按预先设定的平滑速度曲线运行到停止传感器处，并由工作站的触发气缸将可移动平台推送至相应工位上，以实现可移动平台的存储、或者针对托盘中工件的手动与自动装配操作；当上层传送装置中位置在后的手动站或自动站出现空工位时，中央控制器向已进入存储站的可移动平台传送调度指令，以执行返回上层传送装置并继续行进的操作；(3)完成装配操作的工作站由人工或自动启动触发气缸，将可移动平台推送回上层传送装置，沿原行进方向前进并忽略沿途各工作站的传感器；最终停止在末端升降机上，由下料机器人抓取至指定位置；(4)空载的可移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇立伟，彭勇刚，金斌华，韦巍，项基，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33