CN110424075A - 一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统及方法，包括上位机、AGV和落纱机器人，所述上位机包括上位机控制器、通信模块、地图建模模块、AGV调度模块、生产状态监控模块、任务管理模块和数据存储模块；所述上位机控制器分别连接所述通信模块、地图建模模块、AGV调度模块、生产状态监控模块、任务管理模块和数据存储模块，所述通信模块连接AGV和落纱机器人。本发明提供的一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统及方法，能够控制AGV自动执行落纱、插管、纱管输送的工艺环节，并且能够避免AGV之间相互碰撞，减少劳动力，提高效率。
Description
技术领域
本发明属于纺织业自动控制技术领域，具体涉及一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统及方法。
背景技术
目前，在中小型纺织企业,仍采用人工落纱方式，即将满纱管从细纱机的锭子上拔下并换上空纱管；落纱工的劳动强度大，效率低，浪费了太多的人力；落纱工需常年工作在高强度的劳动中，容易对身体造成损伤，所以，智能落纱机的研制,对纺织厂提高生产效率，降低工人劳动强度，提高生产的自动化、连续化具有重要意义。随着纺织原材料的价格上涨，能源短缺，劳动力成本的上涨，智能落纱机能很好的提高劳动效率，必将成为未来的发展趋势。
AGV(Automated Guided Vehicle，自动导航运输车)是在生产车间进行物料运输的一种配送工具，能够沿铺设的磁条导引路径行驶，工业应用中无需驾驶员的搬运车，以可充电的蓄电池为其动力来源。
AGV系统的控制是由上位机调度系统、AGV车载控制系统和无线通信系统协作完成的，多AGV同时执行任务时，需要采用一定的控制策略来防止AGV之间发生碰撞，而过于繁琐的调度方案不利于确保系统的可靠性和运行效率。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统及方法，控制AGV自动执行落纱、插管、纱管输送的工艺环节，并且能够避免AGV之间相互碰撞，减少劳动力，提高效率。
本发明采用如下技术方案：
一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统，包括上位机、AGV和落纱机器人，所述上位机包括上位机控制器、通信模块、地图建模模块、AGV调度模块、生产状态监控模块、任务管理模块和数据存储模块；所述上位机控制器分别连接所述通信模块、地图建模模块、AGV调度模块、生产状态监控模块、任务管理模块和数据存储模块，所述通信模块连接AGV和落纱机器人；
所述通信模块用于上位机和下位机的实时信息交互；所述地图建模模块同步地面铺设的磁条轨道绘制拓扑图，用于AGV的路径的规划；所述AGV调度模块用于管理和监控AGV运行参数，实时做出调度决策；所述生产状态监控模块用于实时监控纺纱机状态和AGV的位置、速度、运行方向、通信、电量和状态信息；所述任务管理模块用于提供执行任务的AGV标识，任务阶段优先级和启动、停止、取消任务的时间；所述数据存储模块用于对地图信息、任务管理信息、生产记录信息进行实时数据存储。
进一步地，所述通信模块包括交换机、无线信号收发模块、IO模块；所述上位机控制器连接所述交换机，所述交换机分别连接所述IO模块及无线信号收发模块，所述无线信号收发模块还连接所述AGV和落纱机器人，所述IO模块通过传感器连接纺纱机。
进一步地，所述AGV的数量为多个，所述每个AGV自身安装防碰撞传感器，所述交换机的型号为EKI-2528，所述无线信号收发模块为无线AP，所述无线AP安装在纺纱机上方，所述无线AP每30m安装一个。
进一步地，所述地面铺设的磁条轨道路口安装有RFID卡，所述AGV底部安装用于扫描RFID卡的射频识别模块，所述地图建模模块通过AGV扫描RFID卡确定AGV的位置。
进一步地，所述AGV调度模块通过比较AGV进行路线的交汇点的交汇时间是否一致来判断AGV是否发生碰撞，当AGV在交汇点的交汇时间重合时，根据小车正在执行的任务阶段的优先级，将优先级低的AGV进行暂停或避让；所述AGV调度模块还包括充电指示单元，当检测到AGV的电量小于阈值，发出充电信号。
一种纺织机器人上位机智能落纱控制方法，包括：
上位机控制器通过IO模块获得纺纱机满的传感器信号，生成一个新的任务放入先入先出的任务队列中；
上位机控制器通过AGV调度模块派遣空闲的AGV从任务队列中取出任务去执行，其中，每个AGV分别开启一个新的线程去执行任务；
生产状态监控模块监控AGV的电量是否充足，若不充足，则行驶至充电区充电，若充足，则AGV从停靠区行驶到纺纱满的纺纱机端子处，起点为AGV停靠位置，终点为纺纱机端子位置，同时生产状态监控模块监控AGV的位置并更新拓扑图中AGV的位置，任务管理模块更新AGV的状态为第一阶段；
AGV从纺纱机端子处沿纺纱机行驶，落纱机器人实施落纱，同时与AGV进行通信，任务管理模块更新AGV的状态为第二阶段，生产状态监控模块监控AGV的位置并更新拓扑图中AGV的位置，AGV运载落纱机器人同步前进直至落纱完成，然后发传感信号通知上位机控制器落纱完成；
AGV运载满纱管从纺纱机完成的端子处行驶至卸货区，起点是纺纱机完成的端子处，终点是卸货区，同时生产状态监控模块监控AGV的位置并更新拓扑图中AGV的位置，任务管理模块更新AGV的状态为第三阶段；
人工卸货，卸货完成的传感信号通知上位机控制器，上位机控制器控制AGV回到停靠区，起点为卸货区，终点为AGV停靠区，同时更新拓扑图中AGV的位置，更新AGV的状态为第四阶段；其中，上位机控制器通过生产状态监控模块监控AGV的电量，当电量低于阈值时，上位机控制器控制AGV回到充电区，此时起点为卸货位置，终点为充电区；
AGV回到停靠区，同时状态更新为空闲。
进一步地，所述AGV从停靠区行驶到纺纱机端子处、AVG从纺纱机完成的端子处行驶到卸货区、AGV从卸货区回到停靠区或AGV从卸货区回到充电区中，上位机控制器根据Dijstra算法规划出每段的最短行驶路径。
进一步地，所述上位机控制器通过AGV调度模块派遣空闲的AGV从任务队列中取出任务去执行，其中，每个AGV分别开启一个新的线程去执行任务，包括：
当多个AGV同时执行任务时，AGV调度模块对即将发生碰撞的多个AGV进行优先级从高到低排序，并依次放入队列中，其中，优先级为第一阶段>第二阶段>第三阶段>第四阶段，AGV根据正在执行的任务阶段确定自己当前的优先级；
从队列头依次取出两个优先级高的AGV，优先级高的AGV继续执行任务，优先级低的AGV进行暂停或避让；
继续从队列头取出一个AGV，与上一步中优先级低的AGV比较，优先级高的执行任务；
依次取出队列中的AGV进行比较，直至队列为空。
本发明的有益效果为：
(1)通信模块负责上位机和AGV、落纱机器人之间的实时信息交互，便于上位机控制器对AGV和落纱机器人的控制以实现整个工艺环节的自动化控制过程。
(2)地图建模模块会构建与实际地图同步的模拟地图，实时显示AGV的位置信息，使得系统可以远程监控AGV的实际位置。
(3)AGV调度模块管理和监控多个AGV的相关运行参数，实时做出调度决策进行交通管制，可以避免多AGV之间发生碰撞。
(4)系统周期性读取生产状态监控模块实时监控的AGV的位置、速度、运行方向、状态、通信、电量信息，并实时显示在运行线路图和状态表中，AGV出现异常和故障时，还会及时做出报警，实现对整个AGV系统的实时监控和管理。
(5)任务管理模块会对执行任务的AGV标识，任务开始及结束时间，任务状态等信息进行实时的监控，同时将任务信息记录在数据库中。
(6)数据存储模块对地图信息、任务管理信息、生产记录信息进行实时数据存储，便于后续的查询及使用。
附图说明
图1为本发明一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统的结构示意图。
图2为本发明中通信模块的结构示意图。
图3为本发明一种纺织机器人上位机智能落纱控制方法的流程示意图。
附图中，上位机控制器1、通信模块2、交换机21、无线信号收发模块22、IO模块23、传感器24、地图建模模块3、AGV调度模块4、生产状态监控模块5、任务管理模块6、数据存储模块7、AGV 8、落纱机器人9、纺纱机10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统，包括上位机、多个AGV、落纱机器人，上位机包括上位机控制器1、通信模块2、地图建模模块3、AGV调度模块4、生产状态监控模块5、任务管理模块6和数据存储模块7；上位机控制器1分别连接通信模块2、地图建模模块3、AGV调度模块4、生产状态监控模块5、任务管理模块6和数据存储模块7，通信模块2连接AGV和落纱机器人；
如图2所示，通信模块2包括交换机21、无线信号收发模块22、IO模块23；上位机控制器1连接交换机21，交换机21分别连接IO模块23及无线信号收发模块22，无线信号收发模块22还连接AGV和落纱机器人，IO模块23通过传感器24连接纺纱机。每个AGV自身安装防碰撞传感器，当检测到前方有障碍物时，会自动暂停；当障碍物移开后，AGV会继续执行任务。交换机21的型号为EKI-2528，无线信号收发模块22为无线AP，无线AP安装在纺纱机上方，无线AP每30m安装一个。
在地面还铺设的有磁条轨道路口安装有RFID卡，AGV底部安装用于扫描RFID卡的射频识别模块，地图建模模块3通过AGV扫描RFID卡确定AGV的位置。AGV调度模块4通过比较AGV进行路线的交汇点的交汇时间是否一致来判断AGV是否发生碰撞，当AGV在交汇点的交汇时间重合时，根据小车正在执行的任务阶段的优先级，将优先级低的AGV进行暂停或避让；AGV调度模块4还包括充电指示单元，当检测到AGV的电量小于阈值，发出充电信号。地图建模模块3还可以编辑地图的顶点、边及权值与实际站点的RFID卡、卡之间铺设的磁条及其距离一一对应，并将地图信息存储在xml文件和数据库中，下次打开地图时可直接读取xml文件获取地图信息。
本发明中纺纱机与纺纱机之间的距离只能容纳一台AGV进入，当AGV离开某区域时，其他AGV才允许进入该区域。
通信模块2用于上位机和下位机的实时信息交互；地图建模模块3同步地面铺设的磁条轨道绘制拓扑图，用于AGV的路径的规划；AGV调度模块4用于管理和监控AGV运行参数，实时做出调度决策；生产状态监控模块5用于实时监控纺纱机状态和AGV的位置、速度、运行方向、通信、电量和状态信息；任务管理模块6用于提供执行任务的AGV标识，任务阶段优先级和启动、停止、取消任务的时间；数据存储模块7用于对地图信息、任务管理信息、生产记录信息进行实时数据存储。
如图3所示，本发明还提供了一种纺织机器人上位机智能落纱控制方法，具体如下：
第一步：上位机控制器1通过IO模块23获得纺纱机满的传感器信号，生成一个新的任务放入先入先出的任务队列中。
第二步：上位机控制器1通过AGV调度模块4派遣空闲的AGV从任务队列中取出任务去执行，其中，每个AGV分别开启一个新的线程去执行任务。
当多个AGV同时执行任务时，由于执行任务的路线相同，有可能会有碰撞的情况发生，此时，AGV调度模块4执行以下步骤：
步骤1：AGV调度模块4对即将发生碰撞的多个AGV进行优先级从高到低排序，并依次放入队列中，其中，优先级为第一阶段＞第二阶段＞第三阶段＞第四阶段，AGV根据正在执行的任务阶段确定自己当前的优先级。
步骤2：从队列头依次取出两个优先级高的AGV，优先级高的AGV继续执行任务，优先级低的AGV进行暂停或避让。
步骤3：继续从队列头取出一个AGV，与上一步中优先级低的AGV比较，优先级高的执行任务，优先级低的进行暂停或避让。
步骤4：依次取出队列中的AGV进行比较，直至队列为空。
第三步：生产状态监控模块5监控AGV的电量是否充足，若不充足，则行驶至充电区充电，若充足，则AGV从停靠区行驶到纺纱满的纺纱机端子处，起点为AGV停靠位置，终点为纺纱机端子位置，上位机控制器1根据Dijstra算法规划出每段的最短行驶路径，同时生产状态监控模块5监控AGV的位置并更新拓扑图中AGV的位置，任务管理模块6更新AGV的状态为第一阶段。
第四步：AGV从纺纱机端子处沿纺纱机行驶，落纱机器人实施落纱，同时与AGV进行通信，任务管理模块6更新AGV的状态为第二阶段，生产状态监控模块5监控AGV的位置并更新拓扑图中AGV的位置，AGV运载落纱机器人同步前进直至落纱完成，然后发传感信号通知上位机控制器1落纱完成。
第五步：AGV运载满纱管从纺纱机完成的端子处行驶至卸货区，起点是纺纱机完成的端子处，终点是卸货区，上位机控制器1根据Dijstra算法规划出每段的最短行驶路径，同时生产状态监控模块5监控AGV的位置并更新拓扑图中AGV的位置，任务管理模块6更新AGV的状态为第三阶段。
第六步：人工卸货，卸货完成的传感信号通知上位机控制器1，上位机控制器1控制AGV回到停靠区，起点为卸货区，终点为AGV停靠区，上位机控制器1根据Dijstra算法规划出每段的最短行驶路径，同时更新拓扑图中AGV的位置，更新AGV的状态为第四阶段；其中，上位机控制器1通过生产状态监控模块5监控AGV的电量，当电量低于阈值时，上位机控制器1控制AGV回到充电区，此时起点为卸货位置，终点为充电区
第七步：AGV回到停靠区，同时状态更新为空闲。
与现有技术相比，本发明构建了集AGV、自动落纱机器人于一体的子母式复合机器，通过控制系统实现落纱、插管、纱管输送等工艺环节的自动化生产，并且能够避免AGV之间相互碰撞，减少劳动力，提高效率。
本发明的有益效果为：
(1)通信模块负责上位机和AGV、落纱机器人之间的实时信息交互，便于上位机控制器1对AGV和落纱机器人的控制以实现整个工艺环节的自动化控制过程。
(2)地图建模模块会构建与实际地图同步的模拟地图，实时显示AGV的位置信息，使得系统可以远程监控AGV的实际位置。
(3)AGV调度模块管理和监控多个AGV的相关运行参数，实时做出调度决策进行交通管制，可以避免多AGV之间发生碰撞。
(4)系统周期性读取生产状态监控模块实时监控的AGV的位置、速度、运行方向、状态、通信、电量信息，并实时显示在运行线路图和状态表中，AGV出现异常和故障时，还会及时做出报警，实现对整个AGV系统的实时监控和管理。
(5)任务管理模块会对执行任务的AGV标识，任务开始及结束时间，任务状态等信息进行实时的监控，同时将任务信息记录在数据库中。
(6)数据存储模块对地图信息、任务管理信息、生产记录信息进行实时数据存储，便于后续的查询及使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统，其特征在于，包括上位机、AGV和落纱机器人，所述上位机包括上位机控制器、通信模块、地图建模模块、AGV调度模块、生产状态监控模块、任务管理模块和数据存储模块；所述上位机控制器分别连接所述通信模块、地图建模模块、AGV调度模块、生产状态监控模块、任务管理模块和数据存储模块，所述通信模块连接AGV和落纱机器人；
所述通信模块用于上位机和下位机的实时信息交互；所述地图建模模块同步地面铺设的磁条轨道绘制拓扑图，用于AGV的路径的规划；所述AGV调度模块用于管理和监控AGV运行参数，实时做出调度决策；所述生产状态监控模块用于实时监控纺纱机状态和AGV的位置、速度、运行方向、通信、电量和状态信息；所述任务管理模块用于提供执行任务的AGV标识，任务阶段优先级和启动、停止、取消任务的时间；所述数据存储模块用于对地图信息、任务管理信息、生产记录信息进行实时数据存储。
2.根据权利要求1所述的一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统，其特征在于，所述通信模块包括交换机、无线信号收发模块、IO模块；所述上位机控制器连接所述交换机，所述交换机分别连接所述IO模块及无线信号收发模块，所述无线信号收发模块还连接所述AGV和落纱机器人，所述IO模块通过传感器连接纺纱机。
3.根据权利要求2所述的一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统，其特征在于，所述AGV的数量为多个，所述每个AGV自身安装防碰撞传感器，所述交换机的型号为EKI-2528，所述无线信号收发模块为无线AP，所述无线AP安装在纺纱机上方，所述无线AP每30m安装一个。
4.根据权利要求1所述的一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统，其特征在于，所述地面铺设的磁条轨道路口安装有RFID卡，所述AGV底部安装用于扫描RFID卡的射频识别模块，所述地图建模模块通过AGV扫描RFID卡确定AGV的位置。
5.根据权利要求1所述的一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统，其特征在于，所述AGV调度模块通过比较AGV进行路线的交汇点的交汇时间是否一致来判断AGV是否发生碰撞，当AGV在交汇点的交汇时间重合时，根据小车正在执行的任务阶段的优先级，将优先级低的AGV进行暂停或避让；所述AGV调度模块还包括充电指示单元，当检测到AGV的电量小于阈值，发出充电信号。
6.一种纺织机器人上位机智能落纱控制方法，其特征在于，包括：
上位机控制器通过IO模块获得纺纱机满的传感器信号，生成一个新的任务放入先入先出的任务队列中；
上位机控制器通过AGV调度模块派遣空闲的AGV从任务队列中取出任务去执行，其中，每个AGV分别开启一个新的线程去执行任务；
生产状态监控模块监控AGV的电量是否充足，若不充足，则行驶至充电区充电，若充足，则AGV从停靠区行驶到纺纱满的纺纱机端子处，起点为AGV停靠位置，终点为纺纱机端子位置，同时生产状态监控模块监控AGV的位置并更新拓扑图中AGV的位置，任务管理模块更新AGV的状态为第一阶段；
AGV从纺纱机端子处沿纺纱机行驶，落纱机器人实施落纱，同时与AGV进行通信，任务管理模块更新AGV的状态为第二阶段，生产状态监控模块监控AGV的位置并更新拓扑图中AGV的位置，AGV运载落纱机器人同步前进直至落纱完成，然后发传感信号通知上位机控制器落纱完成；
AGV运载满纱管从纺纱机完成的端子处行驶至卸货区，起点是纺纱机完成的端子处，终点是卸货区，同时生产状态监控模块监控AGV的位置并更新拓扑图中AGV的位置，任务管理模块更新AGV的状态为第三阶段；
人工卸货，卸货完成的传感信号通知上位机控制器，上位机控制器控制AGV回到停靠区，起点为卸货区，终点为AGV停靠区，同时更新拓扑图中AGV的位置，更新AGV的状态为第四阶段；其中，上位机控制器通过生产状态监控模块监控AGV的电量，当电量低于阈值时，上位机控制器控制AGV回到充电区，此时起点为卸货位置，终点为充电区；
AGV回到停靠区，同时状态更新为空闲。
7.根据权利要求6所述的一种纺织机器人上位机智能落纱控制方法，其特征在于，所述AGV从停靠区行驶到纺纱机端子处、AVG从纺纱机完成的端子处行驶到卸货区、AGV从卸货区回到停靠区或AGV从卸货区回到充电区中，上位机控制器根据Dijstra算法规划出每段的最短行驶路径。
8.根据权利要求6所述的一种纺织机器人上位机智能落纱控制方法，其特征在于，所述上位机控制器通过AGV调度模块派遣空闲的AGV从任务队列中取出任务去执行，其中，每个AGV分别开启一个新的线程去执行任务，包括：
当多个AGV同时执行任务时，AGV调度模块对即将发生碰撞的多个AGV进行优先级从高到低排序，并依次放入队列中，其中，优先级为第一阶段＞第二阶段＞第三阶段＞第四阶段，AGV根据正在执行的任务阶段确定自己当前的优先级；
从队列头依次取出两个优先级高的AGV，优先级高的AGV继续执行任务，优先级低的AGV进行暂停或避让；
继续从队列头取出一个AGV，与上一步中优先级低的AGV比较，优先级高的执行任务；
依次取出队列中的AGV进行比较，直至队列为空。
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