CN109969740A - 一种可重构智能传输带控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构智能传输带控制方法及控制系统，控制系统包括若干相互邻接的传送带单元模块，传送带单元模块包括底部定位支撑板，底部支撑板的边缘通过若干个支撑柱与传送带单元模块外壳连接，支撑柱中部架设有主控芯片板等；控制方法包括基于图形的运动路径规划和基于示教的路径规划，由路径信息生成电机运动运动命令并传输给对应电机驱动器，然后执行对应运动命令。本发明能够解决现有技术中批量型货物多通道运输不便的问题，且能够反复编程更改传输方向及路径，自由度高、成本低、效率高、适用范围广，可满足柔性制造生产中工艺动态变化的要求。

Description

一种可重构智能传输带控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及一种物料运输技术领域，具体涉及一种适用于现代智能制造柔 性工艺的可重构智能传输带控制方法及控制系统。

背景技术

现代柔性智能制造以及智能仓库货物转运中心对物料传输系统的机构布局 灵活性、传输过程可变性、运输对象适应性提出了新要求，而且由于传输对象 及传输方向、传送时序的动态变化，传统的固定式传输带传输结构不可改变、 无法多入多出分时复用、传输方向难以改变，无法满足现代工艺要求。

传统的传输带结构，一旦工艺发生改变，则需要重新设计安装，原系统可 改造成本过高，重复利用率低。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供了一种能够解决现有技术中传输对 象适应性差、结构布局不灵活、传输路径单一且无法动态调整等问题的一种可 重构智能传输带控制方法及控制系统。

为解决上述技术问题，本发明采用了下列技术方案：

提供了一种可重构智能传输带的控制系统，其包括若干相互邻接的传送带 单元模块，传送带单元模块包括底部定位支撑板，底部支撑板的边缘通过若干 个支撑柱与传送带单元模块外壳连接，支撑柱中部架设有主控芯片板，传送带 单元模块外壳的中部下侧设置有电机安装板，电机安装板上设置有三个电机， 电机的输出轴分别与一个麦克纳姆轮传动连接，麦克纳姆轮间呈120度对称布 置；电机与主控芯片板电连接；底部支撑板下部设置于传送带安装架上，传送 带安装架上设置有若干安装架定位轴，安装架定位轴与底部支撑板的中部配合 连接。

上述技术方案中，优选的，传送带单元模块外壳呈正六边形，麦克纳姆轮 分别与正六边形的一个侧边平行。

上述技术方案中，优选的，主控芯片板上设置有控制电路，控制电路包括 主控制器U1，主控制器U1分别与程序下载端口和拨码开关S1电连接；主控制 器U1分别与通信电路、电机驱动电路、数据采集电路和电源电路连接；电机驱 动电路分别与三个电机连接，数据采集电路中设置有编码器U2，电源电路包括 开关电源，开关电源分别与电机、数据采集电路、通信电路、电机驱动电路和 控制电路连接并供电。

上述技术方案中，优选的，主控制器U1为型号STM32F101RBT6的单片机。

上述技术方案中，优选的，通信电路包括分别与主控制器U1通信连接的 CAN控制器和RS485通信器。

上述技术方案中，优选的，电机驱动电路包括与主控制器U1连接的光耦合 器，光耦合器与直流电机驱动模块连接，直流电机驱动模块与电机连接。

本发明还提供了一种基于上述可重构智能传输带的控制系统的控制方法， 其包括如下步骤：

S1、上位终端中进行运动路径规划控制，然后将规划得到的轨迹信息传递 给RS485通信器；

S2、RS485通信器获取轨迹信息，并传输给控制电路；

S3、主控制器U1判断所在传送带单元模块是否在轨迹信息范围内；

S4、当主控制器U1所在传送带单元模块位于轨迹信息范围内，将轨迹信息 对应运动命令传输给对应电机，否则不工作；

S5、接受到信息的电机执行对应运动命令；

S6、电机执行运动命令完毕后，停止工作。

进一步地，运动路径规划控制包括如下步骤：

S1、在上位终端中设置运动所涉及的物料所占宽度；

S2、设置物料在可重构智能传输带上的运动轨迹；

S3、将S1得到的宽度带入S2的轨迹中，得到物料运动所覆盖的区域的传 送带单元模块的编号信息；

S4、设置传送带单元模块S3中传送带单元模块对应的电机的运转信息。

进一步地，上位终端中设置有用于进行运动路径规划控制的图形界面。

本发明还提供了另一种基于上述可重构智能传输带的控制系统的控制方 法，其包括如下步骤：

S1、操作人员手动推动货物经过智能传输带控制区域，使CAN控制器记录 被启动的传送带单元模块的编号信息和每个模块对应的电机的运转信息；

S2、CAN控制器将单元模块编号和运转信息传输给主控制器U1；

S3、主控制器U1判断所在传送带单元模块是否在轨迹信息范围内；

S4、当主控制器U1所在传送带单元模块位于轨迹信息范围内，将轨迹信息 对应运动命令保存，生成状态描述器；

S5、电机按照状态描述器中的信息运转；

S6、电机执行运动命令完毕后，停止工作。

本发明提供的上述可重构智能传输带的控制系统主要有益效果在于：

通过设置传送带单元模块，并将传送带单元模块相互邻接地设置于传送带 安装架上，从而可以通过控制单个传送带单元模块的工作状态，从而将若干传 送带单元模块配合构成传送带，以在一段时间内持续运输物料或货物，具有极 高的自由度且方便调节；通过在传送带单元模块外壳上设置三个呈120度对称 布置的麦克纳姆轮，从而能够通过麦克纳姆轮间的配合实现任意方向的传动； 通过设置安装架定位轴与底部支撑板配合，从而能够保证传送带单元模块的相 对位置固定。

通过将传送带单元模块外壳设置为正六边形，使传送带单元模块可以无间 隙的整齐排布在传送带安装架上，并具有自限位的转动自由度。

由于可重构智能传输带，结构具有可重构特性、编程灵活、运动路径可动 态调整，因此能够很好适应现代智能制造柔性工艺要求，且改造成本低，重复 利用性好。可以很好的解决现有传输系统对现代智能制造柔性工艺的约束性问 题。

本发明提供的上述可重构智能传输带控制方法的主要有益效果在于：

通过运动路径规划控制设置传输带出运动信息，能够灵活快速地根据需要 调整传送带的运动方向和路径，并可以将传送带安装架上的若干传送带单元模 块同时设置为若干个共同运行的传送带，从而提高传送效率。

通过利用RS485通信器获取轨迹信息，能接受预先设置好的轨迹信息，通 过接受多个轨迹信息，能够使得传送带安装架上的若干传送带单元模块根据需 要变成若干个同时工作的传送带。

通过主控制器U1将传输轨迹信息直接传输给电机，方便调节，同时保证传 输效率。

通过运动路径规划控制快速对路径进行设置，能够根据生产工艺变化灵活 调整传输结构、动态规划传输路径，分时复用传输带，实现多输入多输出传送 货物。

本发明提供的上述另一种可重构智能传输带控制方法的主要有益效果在 于：

在离线操作时，通过操作人员手动推动货物经过智能传输带控制区域，即 通过人工示教的方式进行路径规划，满足偏好实际操作的操作人员的需求，且 能够根据操作人员的实时观察来规划路径，最大限度满足实际需要。

通过操作人员手动推动货物经过智能传输带控制区域，使CAN控制器接收 推动过程中被启动的传送带单元模块编号和每个模块中电机的运转信息，从而 能够灵活调整传送带的路径。

附图说明

图1为传送带单元模块的结构示意图。

图2为传送带单元模块的俯视图。

图3为图2中沿A-A方向的剖视图。

图4为可重构智能传输带的控制系统的结构示意图。

图5为控制电路中主控制器的电路图。

图6为控制电路中拨码开关的电路图。

图7为控制电路中程序下载端口的电路图。

图8为通信电路的电路图。

图9为数据采集电路的电路图。

图10为电源电路的电路图。

图11为电机驱动电路的电路图。

图12为驱动电路连接器的电路图。

图13为基于运动路径规划控制可重构智能传输带的控制方法的流程图。

图14为基于人工示教的可重构智能传输带的控制方法的流程图。

其中，1、麦克纳姆轮，2、传送带单元模块外壳，3、主控芯片板，4、底 部定位支撑板，5、支撑柱，6、电机，7、电机安装板，8、方向标识，9、传送 带安装架，10、安装架定位轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图3所示，其为一种可重构智能传输带的控制系统的结构示意图。

本发明的一种可重构智能传输带的控制系统包括若干相互邻接的传送带单 元模块，如图1所示，传送带单元模块包括底部定位支撑板4，底部支撑板4的 边缘通过若干个支撑柱5与传送带单元模块外壳2连接，支撑柱5中部架设有 主控芯片板3。

可选的，支撑柱5有三个，此时底部支撑板4呈三角形，支撑柱5位于邻 近底部支撑板4的三个顶角位置处；主控芯片板3的形状也为与底部支撑板4 对应的三角形。

如图2和图3所示，传送带单元模块外壳2中部下侧设置有电机安装板7， 电机安装板7上设置有三个电机6，电机6的输出轴分别与一个麦克纳姆轮1传 动连接，麦克纳姆轮1间呈120度对称布置；电机6与主控芯片板7电连接。

底部支撑板4下部设置于传送带安装架9上，如图4所示，传送带安装架9 上设置有若干安装架定位轴10，安装架定位轴10与底部支撑板4的中部配合连 接。

优选的，传送带单元模块外壳2呈正六边形，麦克纳姆轮1分别与正六边 形的一个侧边平行。从而使传送带单元模块可以无间隙的整齐排布在传送带安 装架9上，并具有自限位的转动自由度。

可选的，传送带单元模块外壳2上设置有方向标识8，以便观察。

具体地，主控芯片板3上设置有控制电路，如图5至图7所示，控制电路 包括主控制器U1，主控制器U1分别与程序下载端口和拨码开关S1电连接。主 控制器U1分别与通信电路、电机驱动电路、数据采集电路和电源电路连接。

通过设置程序下载端口，以维护主控制器U1的工作状态；通过设置拨码开 关S1，以设置主控芯片板3对应传送带单元模块的位置编号信息。

优选的，主控制器U1为型号STM32F101RBT6的单片机。下面对主控芯片 板3上的描述均基于该型号。

如图8所示，通信电路包括分别与主控制器U1通信连接的CAN控制器和 RS485通信器，RS485通信器通过电平转换器与主控制器U1的接口连接；CAN 控制器通过收发器与主控制器U1连接。

如图11和图12所示，电机驱动电路有三个，并分别与三个电机6连接， 具体的，电机驱动电路包括与主控制器U1连接的光耦合器，光耦合器与直流电 机驱动模块连接，直流电机驱动模块与电机6连接。

如图9所示，数据采集电路中设置有编码器U2，以检测电机6的工作状态， 包括运动方向及转速。

如图10所示，电源电路包括开关电源，开关电源分别与电机6、数据采集 电路、通信电路、电机驱动电路和控制电路连接并供电。

下面是本发明提供的利用上述可重构智能传输带的控制系统的控制方法， 如图13所示，其包括如下步骤：

S1、上位终端中进行运动路径规划控制，然后将规划得到的轨迹信息传递 给RS485通信器。

具体的，进行运动路径规划包括如下步骤：

S1-1、在上位终端中设置运动所涉及的物料所占宽度。

S1-2、设置物料在可重构智能传输带上的运动轨迹。

S1-3、将S1得到的宽度带入S2的轨迹中，得到物料运动所覆盖的区域的 传送带单元模块的编号信息。

通过在运动轨迹上添加宽度数据，从而得到物料运动的区域，将位于区域 内的传送带模块的编号记录下来，从而能够得到运送物料所需的传送带模块的 编号。

S1-4、设置传送带单元模块S3中传送带单元模块对应的电机的运转信息。

具体的，运转信息包括电机的转速、转动方向和工作时间。

上位终端可以同时保存多次轨迹然后发送，使得智能传输带可设置为若干 个共同运行或先后运行的传送带，从而提高传送效率，节省人力成本。

优选的，上位终端中设置有用于进行运动路径规划控制的图形界面。以通 过可视化界面进行运动路径规划，方便工作人员的操作，提高工作效率。

S2、RS485通信器获取轨迹信息，并传输给控制电路。

具体的，轨迹信息包括轨迹信息包括传送带单元模块的编号，以及对应模 块上的电机6的运转信息；运转信息包括电机6的转速、转动方向和工作时间。

S3、当主控制器U1所在传送带单元模块位于轨迹信息范围内，将轨迹信息 对应运动命令传输给对应电机6，否则不工作。

当主控制器U1所在传送带单元模块的编号与前述运送物料所需的传送带 模块的编号相同时，即位于轨迹信息范围内。

S4、接受到信息的电机6执行对应运动命令。

根据待运输的物料的数量，可以重复执行运动命令，以提高工作效率。

S5、电机6执行运动命令完毕后，停止工作。

通过及时停止电机6的工作，有效节省能量，同时方便做进一步调整，保 证智能传送带的灵活性。

本发明还提供了另外一种利用上述可重构智能传输带的控制系统的控制方 法，如图14所示，其包括如下步骤：

S1、操作人员手动推动货物经过智能传输带控制区域，使CAN控制器记录 被启动的传送带单元模块的编号信息和每个模块对应的电机6的运转信息。

通过CAN控制器接收实时传送带单元模块的运转信息，即基于人工示教， 实时记录示教的路径并记录，从而得到轨迹信息。

具体的，基于人工示教的路径规划控制，即在离线操作时，通过操作人员 手动推动货物经过智能传输带控制区域，使CAN控制器接收推动过程中被启动 的传送带单元模块的运转信息，然后传输给控制电路，重复执行对应运转信息。

具体的，运转信息包括电机的转速、转动方向和工作时间。

S2、CAN控制器将单元模块编号和运转信息传输给主控制器U1。

S3、主控制器U1判断所在传送带单元模块是否在轨迹信息范围内。

通过主控制器U1确认所在传送带单元模块是否在轨迹信息范围内，从而确 保传送带单元模块工作的可靠性。

具体的，轨迹信息包括轨迹信息包括传送带单元模块的编号，以及对应模 块上的电机6的运转信息。

S4、当主控制器U1所在传送带单元模块位于轨迹信息范围内，将轨迹信息 对应运动命令保存，生成状态描述器。

状态描述器，即位于轨迹信息范围内的传送带单元模块中包含单元编号和 电机转速转向等运转信息的信息包；通过将其作为状态描述器传递，保证传送 带单元模块执行动作的准确性和可靠性。

S5、电机6按照状态描述器中的信息运转。

S6、电机6执行运动命令完毕后，停止工作。

通过人工示教方法，满足偏好实际操作的操作人员的需求，且能够根据操 作人员的实时观察来规划并灵活调整传送带的路径，最大限度满足实际需要。

上面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理 解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的 普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精 神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保 护之列。

Claims (10)

1.一种可重构智能传输带的控制系统，其特征在于，包括若干相互邻接的传送带单元模块，所述传送带单元模块包括底部定位支撑板(4)，所述底部支撑板(4)的边缘通过若干个支撑柱(5)与传送带单元模块外壳(2)连接，所述支撑柱(5)中部架设有主控芯片板(3)，所述传送带单元模块外壳(2)的中部下侧设置有电机安装板(7)，电机安装板(7)上设置有三个电机(6)，电机(6)的输出轴分别与一个麦克纳姆轮(1)传动连接，所述麦克纳姆轮(1)间呈120度对称布置；电机(6)与主控芯片板(7)电连接；

所述底部支撑板(4)下部设置于传送带安装架(9)上，所述传送带安装架(9)上设置有若干安装架定位轴(10)，所述安装架定位轴(10)与底部支撑板(4)的中部配合连接。

2.根据权利要求1所述的可重构智能传输带的控制系统，其特征在于，所述传送带单元模块外壳(2)呈正六边形，所述麦克纳姆轮(1)分别与正六边形的一个侧边平行。

3.根据权利要求1所述的可重构智能传输带的控制系统，其特征在于，所述主控芯片板(3)上设置有控制电路，所述控制电路包括主控制器U1，主控制器U1分别与程序下载端口和拨码开关S1电连接；主控制器U1分别与通信电路、电机驱动电路、数据采集电路和电源电路连接；所述电机驱动电路分别与三个电机连接，所述数据采集电路中设置有编码器U2，所述电源电路包括开关电源，所述开关电源分别与电机(6)、数据采集电路、通信电路、电机驱动电路和控制电路连接并供电。

4.根据权利要求4所述的可重构智能传输带的控制系统，其特征在于，所述主控制器U1为型号STM32F101RBT6的单片机。

5.根据权利要求4所述的可重构智能传输带的控制系统，其特征在于，所述通信电路包括分别与主控制器U1通信连接的CAN控制器和RS485通信器；所述电机驱动电路包括与主控制器U1连接的光耦合器，光耦合器与直流电机驱动模块连接，直流电机驱动模块与电机连接。

6.根据权利要求5所述的可重构智能传输带的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括上位终端，所述上位终端与RS485通信器通信连接。

7.一种权利要求1至6任一所述可重构智能传输带控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在上位终端中进行运动路径规划控制，然后将规划得到的轨迹信息传递给RS485通信器；

S2、RS485通信器获取轨迹信息，并传输给控制电路；

S3、主控制器U1判断所在传送带单元模块是否在轨迹信息范围内；

S4、当主控制器U1所在传送带单元模块位于轨迹信息范围内，将轨迹信息对应运动命令传输给对应电机(6)，否则不工作；

S5、接受到信息的电机(6)执行对应运动命令；

S6、电机(6)执行运动命令完毕后，停止工作。

8.根据权利要求7所述的可重构智能传输带控制方法，其特征在于，所述运动路径规划控制包括如下步骤：

S1、在上位终端中设置运动所涉及的物料所占宽度；

S2、设置物料在可重构智能传输带上的运动轨迹；

S3、将S1得到的宽度带入S2的轨迹中，得到物料运动所覆盖的区域的传送带单元模块的编号信息；

S4、设置传送带单元模块S3中传送带单元模块对应的电机(6)的运转信息。

9.根据权利要求7所述的可重构智能传输带控制方法，其特征在于，所述上位终端中设置有用于进行运动路径规划控制的图形界面。

10.一种权利要求1至6任一所述可重构智能传输带控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、操作人员手动推动货物经过智能传输带控制区域，使CAN控制器记录被启动的传送带单元模块的编号信息和每个模块对应的电机(6)的运转信息；

S2、CAN控制器将单元模块编号和运转信息传输给主控制器U1；

S3、主控制器U1判断所在传送带单元模块是否在轨迹信息范围内；

S4、当主控制器U1所在传送带单元模块位于轨迹信息范围内，将轨迹信息对应运动命令保存，生成状态描述器；

S5、电机(6)按照状态描述器中的信息运转；

S6、电机(6)执行运动命令完毕后，停止工作。