CN113247514A - 基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法 - Google Patents

基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，属于程序控制领域，涉及多台机器协同控制技术，用于避免机械的浪费以及显著提升工作效率，首先通过信息获取模块获取货架区域内堆垛机的运行参数并结合处理器将多台堆垛机的位置投影至平面区域图中；总控制器连接独立控制器获取堆垛机的当前状态，并获取任务位置与空闲堆垛机的最短行走距离；然后处理器进行初选堆垛机的标记，同时进行运行模拟；当满足多台堆垛机路线不冲突且运行时多台堆垛机之间的距离大于两台堆垛机的安全半径之和则确定目标堆垛机；最后处理器将目标堆垛机发送至总控制器，总控制器连接目标堆垛机的独立控制器并将任务发送至目标堆垛机，完成协同控制。

Description

基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法
技术领域
本发明属于程序控制领域，涉及多台机器协同控制技术，具体是基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法。
背景技术
堆垛机是在货架区域运行并进行货物取放的关键设备，工作流程是将盘卷从指定平移旋转RGV或过渡料架中搬运至指定货格或者从指定货格取出盘卷搬运至指定的平移旋转RGV或过渡料架中。
每台堆垛机独立配置PLC，独立触摸屏，行走变频器，提升变频器，货叉变频器，变频器配置制动电阻便于快速停车，触摸屏替代按钮操作能手动操作，在出现报警下需要手动操作，可以手动操作堆垛机手动前进、后退、提升、下降，在正常模式下自动操作模式，根据上位机下发的指令自动前进、后退、提升、下降。
现有的厂区内的堆垛机是在完成一个相同的工作，堆垛机的数量可以显著的提升完成工作效率，但是单纯的增加堆垛机的数量而缺乏一个协同控制的系统，所以仍然会造成机械的浪费以及效率提升达不到想要的效果。
为此，提出基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法。
发明内容
本发明提供了基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，用于避免机械的浪费以及显著提升工作效率，本发明首先通过信息获取模块获取货架区域内堆垛机的运行参数并结合处理器将多台堆垛机的位置投影至平面区域图中；总控制器连接独立控制器获取堆垛机的当前状态，并获取任务位置与空闲堆垛机的最短行走距离；然后处理器进行初选堆垛机的标记，同时进行运行模拟；当满足多台堆垛机路线不冲突且运行时多台堆垛机之间的距离大于两台堆垛机的安全半径之和则确定目标堆垛机；最后处理器将目标堆垛机发送至总控制器，总控制器连接目标堆垛机的独立控制器并将任务发送至目标堆垛机，完成协同控制。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，包括：
步骤一：信息获取模块获取货架区域内堆垛机的运行参数并结合处理器将多台堆垛机的位置投影至平面区域图中；
步骤二：总控制器连接独立控制器获取堆垛机的当前状态，并获取任务位置与空闲堆垛机的最短行走距离；
步骤三：处理器进行初选堆垛机的标记，同时进行运行模拟；
步骤四：当满足多台堆垛机路线不冲突且运行时多台堆垛机之间的距离大于两台堆垛机的安全半径之和则确定目标堆垛机；
步骤五：处理器将目标堆垛机发送至总控制器，总控制器连接目标堆垛机的独立控制器并将任务发送至目标堆垛机，完成协同控制。
进一步地，若干所述堆垛机均配置有独立控制器以及与通信模块匹配的收发器，所述独立控制器独立自主控制单个堆垛机，同时通过收发器连接通信模块并与总控制器进行通信。
进一步地，在货架区域铺设有运行轨道，堆垛机安装在运行轨道上且运行轨道的一端连接着电源模块，所述电源模块通过运行轨道为若干台堆垛机提供电量，货架区域存在多台堆垛机，且多台堆垛机共用一套运行轨道，多台堆垛机存在各自的初始位置。
进一步地，若干所述堆垛机还配置有信息获取模块，所述信息获取模块用于获取堆垛机的运行参数，所述堆垛机的运行参数包括堆垛机的位置、运行速度以及当前状态；将获取的堆垛机的运行参数通过通信模块发送至处理器；处理器结合总控制器的控制信号进行堆垛机协同控制。
进一步地，所述当前状态包括空闲状态以及工作状态；堆垛机的当前状态的判断方式为堆垛机完成任务后即为空闲状态，接收但是没有完成任务为工作状态，且当堆垛机完成任务后堆垛机自动回归初始位置。
进一步地，所述总控制器用于设定安全半径R；
处理器将实时获取的堆垛机的位置发送至处理器，处理器获取铺设的运行轨道，并将运行轨道进行投影，投影至平面区域图中，将堆垛机的位置标记为坐标点投射进平面区域图；并将安全半径R进行比例换算，加进平面区域图中。
进一步地，当接收到任务时，总控制器发送采集指令至多台堆垛机的独立控制器，并通过独立控制器连接信息获取模块获取堆垛机的位置与当前状态；获取所有当前处于空闲状态的区域内的堆垛机的位置，并将空闲堆垛机的位置与任务位置进行距离计算，获取空闲堆垛机的工作行走距离；
将空闲堆垛机的工作行走距离标记为Li，其中i为空闲堆垛机的编号；
获取每台空闲堆垛机的平均运行速度Vi以及最大加速度ai；
利用计算公式计算每台空闲堆垛机完成该任务需要的总时间Ti，计算公式为
Figure 280835DEST_PATH_IMAGE001
；Ti=t1+t2；
其中的
Figure 887397DEST_PATH_IMAGE002
为修正系数； t1为加速或者减速的时间，t2为匀速运行的时间；
Figure 677498DEST_PATH_IMAGE003
表示加速或者减速时产生的位移，故用
Figure 799869DEST_PATH_IMAGE004
；
将总时间Ti进行排列，获取总时间最短的堆垛机的编号，并将该堆垛机进行标记为初选堆垛机；
处理器获取初选堆垛机在执行任务之前的周期时间内的行走距离，设定行走距离阈值；当获取的周期时间内的行走距离大于行走距离阈值时，将此堆垛机从初选堆垛机中舍去，处理器选取总时间次之的堆垛机进行标记为初选堆垛机，重复此操作过程，直到周期时间内的行走距离小于或等于行走距离阈值；
处理器获取初选堆垛机的最短行走距离的路线，并将路线投射到平面区域图做出运行模拟；同时将其他的正在工作的堆垛机的运行模拟投射至平面区域图；
当多台堆垛机存在路线冲突获取模拟运行时存在之间距离小于两台堆垛机的安全半径之和时，将此初选堆垛机舍弃，选择总时间次之的堆垛机，直到条件满足多台堆垛机路线不冲突以及模拟运行时多台堆垛机之间的距离大于两台堆垛机的安全半径之和；
则将该堆垛机标记为目标堆垛机，处理器将该堆垛机发送至总控制器，总控制器连接目标堆垛机的独立控制器并将任务发送至该堆垛机。
进一步地，若在回归途中接收到总控制器发送采集指令时，则最短行走距离为当前位置距离到任务位置的距离。
进一步地，所述采集指令为电信号。
进一步地，指令的传输依据工业以太网实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明堆垛机的当前状态的判断方式为堆垛机完成任务后即为空闲状态，接收但是没有完成任务即为工作状态；且当堆垛机完成任务后堆垛机自动回归初始位置；若在回归途中接收到总控制器发送采集指令时，则最短行走距离为当前位置距离到任务位置的距离；在货架区域可能存在多台堆垛机，且多台堆垛机共用一套运行轨道，多台堆垛机存在各自的初始位置，所述初始位置在货架区域的边缘位置。采用的方式可以极大的避免机械的浪费，没必要必须回到初始位置才进行状态的确定，在完成任务后即为空闲状态，可大大加强机械的利用效率。
2、总控制器用于设定安全半径R，所述安全半径R的值与堆垛机的货叉的长度有关；建立安全半径设定体系，可极大的避免在工作过程中的事故碰撞，减少事故。
3、采用计算最短行走距离与总时间Ti的方式，并将总时间Ti进行排列，获取总时间最短的堆垛机的编号，并将该堆垛机进行标记为初选堆垛机；处理器获取初选堆垛机的最短行走距离的路线，并将路线投射到平面区域图做出运行模拟；同时将其他的正在工作的堆垛机的运行模拟投射至平面区域图；当多台堆垛机存在路线冲突获取模拟运行时存在之间距离小于两台堆垛机的安全半径之和时，将此初选堆垛机舍弃，选择总时间次之的堆垛机，直到条件满足多台堆垛机路线不冲突以及模拟运行时多台堆垛机之间的距离大于两台堆垛机的安全半径之和；则将该堆垛机标记为目标堆垛机，处理器将该堆垛机发送至总控制器，总控制器连接目标堆垛机的独立控制器并将任务发送至该堆垛机。采用运行模拟的方式也可以避免在工作过程中的事故碰撞，同时两个最少可以大大提升工作效率。
4、在进行初选堆垛机的确定时还包括了堆垛机在执行任务之前的周期时间内的行走距离的获取，用于判定堆垛机是否在频繁执行工作，可有效的防止同一台堆垛机频繁工作，亦可以减少堆垛机频繁工作对堆垛机本身的损害，减少堆垛机出现故障的概率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本多台堆垛机协同控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法通过堆垛机协同控制系统实现协同控制，具体的，堆垛机协同控制系统包括若干堆垛机、总控制器、运行轨道、通信模块、处理器、电源模块以及协调模块；
若干所述堆垛机均配置有独立控制器以及与通信模块匹配的收发器，所述堆垛机还配置有独立触摸屏、行走变频器、提升变频器、货叉变频器，若干的变频器配置有相应的制动电阻，便于快速停车，独立触摸屏取代了按钮操作可实现手动操作，该手动操作是在出现报警的情况下进行的，在使用手动操作时可以实现手动前进，手动后退，手动提升，手动下降，手动左伸叉，手动右伸叉；同样的在正常模式下，堆垛机通过独立控制器进行控制操作，同样可以实现自动前进，自动后退，自动提升，自动下降，自动左伸叉，自动右伸叉；所述独立控制器既可以独立自主控制单个堆垛机，亦可以通过收发器连接通信模块并最终与总控制器进行通信，进而实现总控制器协同控制多台堆垛机；
所述运行轨道为铺设在货架区域的堆垛机运动路线，所述运行轨道提前布置，堆垛机安装在运行轨道上，且运行轨道的一端连接着电源模块，所述电源模块通过运行轨道为若干台堆垛机提供电量；
需要说明的是，若干所述堆垛机还配置有信息获取模块，所述信息获取模块用于获取堆垛机的运行参数，所述堆垛机的运行参数包括堆垛机的位置、运行速度以及当前状态；并将获取的堆垛机的运行参数通过通信模块发送至处理器；处理器结合总控制器的控制信号进行堆垛机协同控制；所述当前状态包括空闲状态以及工作状态；
所述总控制器用于设定安全半径R，所述安全半径R的值与堆垛机的货叉的长度有关；
处理器将实时获取的堆垛机的位置发送至处理器，处理器获取铺设的运行轨道，并将运行轨道进行投影，投影至平面区域图中，将堆垛机的位置标记为坐标点投射进平面区域图；并将安全半径R进行比例换算，加进平面区域图中；
所述处理器用于对多台堆垛机协同控制过程中产生的数据进行处理，具体的处理过程包括以下步骤：
当堆垛机协同控制系统接收到任务后，总控制器发送采集指令至多台堆垛机的独立控制器，并通过独立控制器连接信息获取模块获取堆垛机的位置与当前状态；获取所有当前处于空闲状态的区域内的堆垛机的位置，并将空闲堆垛机的位置与任务位置进行距离计算，获取空闲堆垛机的工作行走距离；
需要进行说明的是，其中的工作行走距离为运行轨道上的轨道距离，与直线距离不一致，因为考虑到可能会存在不同的路线，所以工作行走距离为获取所有可能行走路线后的最短行走距离；且没有考虑在最短行走距离的路线上有没有其他堆垛机在工作；
将空闲堆垛机的工作行走距离标记为Li，其中i为空闲堆垛机的编号，且在一个任务出现后，空闲堆垛机的数量以及位置会相应的进行变动，所以i不固定表示一台堆垛机；
获取每台空闲堆垛机的平均运行速度Vi以及最大加速度ai，因为不同型号与规格的堆垛机可能存在差异，即使相同型号的堆垛机进行维修多次更换变频器也可能存在运行速度的不同和最大加速度ai的不同，而空闲堆垛机在运行时的平均运行速度以及最大加速度决定着空闲堆垛机完成任务需要的总时间，于是利用计算公式计算每台空闲堆垛机完成该任务需要的总时间Ti，计算公式为
Figure 208985DEST_PATH_IMAGE001
；Ti=t1+t2；其中t1为加速或者减速的时间，t2为匀速运行的时间；
Figure 670053DEST_PATH_IMAGE003
表示加速或者减速时产生的位移；因过程存在加速和减速过程，故用
Figure 801695DEST_PATH_IMAGE004
；
将总时间Ti进行排列，获取总时间最短的堆垛机的编号，并将该堆垛机进行标记为初选堆垛机；
需要说明的是，考虑到堆垛机长时间工作带来的堆垛机电机发热或者损耗问题，处理器获取初选堆垛机在执行任务之前的周期时间内的行走距离，处理器设定行走距离阈值；当获取的周期时间内的行走距离大于行走距离阈值时，则表示次堆垛机频繁工作，将此堆垛机从初选堆垛机中舍去，处理器选取总时间次之的堆垛机进行标记为初选堆垛机，重复此操作过程，直到周期时间内的行走距离小于或等于行走距离阈值；其中的周期时间由处理器进行控制设置；
处理器获取初选堆垛机的最短行走距离的路线，并将路线投射到平面区域图做出运行模拟；同时将其他的正在工作的堆垛机的运行模拟投射至平面区域图；
当多台堆垛机存在路线冲突获取模拟运行时存在之间距离小于两台堆垛机的安全半径之和时，将此初选堆垛机舍弃，选择总时间次之的堆垛机，直到条件满足多台堆垛机路线不冲突以及模拟运行时多台堆垛机之间的距离大于两台堆垛机的安全半径之和；
则将该堆垛机标记为目标堆垛机，处理器将该堆垛机发送至总控制器，总控制器连接目标堆垛机的独立控制器并将任务发送至该堆垛机。
需要进行说明的是，堆垛机的当前状态的判断方式为堆垛机完成任务后即为空闲状态，接收但是没有完成任务即为工作状态；
需要说明的是，接收但是没有完成任务包括在去任务位置的过程以及正在执行堆垛任务的过程，只要系统判定堆垛机是处于去任务位置的过程以及正在执行堆垛任务的过程均标记为工作状态；堆垛机完成任务包括堆垛机处于初始位置以及堆垛机完成堆垛任务回归初始位置的过程；
当堆垛机完成任务后堆垛机自动回归初始位置；若在回归途中接收到总控制器发送采集指令时，则最短行走距离为当前位置距离到任务位置的距离。
其中，所述采集指令为电信号，指令的传输依据工业以太网实现。
其中，在货架区域可能存在多台堆垛机，且多台堆垛机共用一套运行轨道，多台堆垛机存在各自的初始位置，所述初始位置在货架区域的边缘位置。
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
本发明的工作原理：首先信息获取模块获取货架区域内堆垛机的运行参数并结合处理器将多台堆垛机的位置投影至平面区域图中；总控制器连接独立控制器获取堆垛机的当前状态，并获取任务位置与空闲堆垛机的最短行走距离；然后处理器进行初选堆垛机的标记，同时进行运行模拟；当满足多台堆垛机路线不冲突且运行时多台堆垛机之间的距离大于两台堆垛机的安全半径之和则确定目标堆垛机；最后处理器将目标堆垛机发送至总控制器，总控制器连接目标堆垛机的独立控制器并将任务发送至目标堆垛机，完成协同控制。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (10)

1.基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，包括：
步骤一：信息获取模块获取货架区域内堆垛机的运行参数并结合处理器将多台堆垛机的位置投影至平面区域图中；
步骤二：总控制器连接独立控制器获取堆垛机的当前状态，并获取任务位置与空闲堆垛机的最短行走距离；
步骤三：处理器进行初选堆垛机的标记，同时进行运行模拟；
步骤四：当满足多台堆垛机路线不冲突且运行时多台堆垛机之间的距离大于两台堆垛机的安全半径之和则确定目标堆垛机；
步骤五：处理器将目标堆垛机发送至总控制器，总控制器连接目标堆垛机的独立控制器并将任务发送至目标堆垛机，完成协同控制。
2.根据权利要求1所述的基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，若干所述堆垛机均配置有独立控制器以及与通信模块匹配的收发器，所述独立控制器独立自主控制单个堆垛机，同时通过收发器连接通信模块并与总控制器进行通信。
3.根据权利要求1所述的基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，在货架区域铺设有运行轨道，堆垛机安装在运行轨道上且运行轨道的一端连接着电源模块，所述电源模块通过运行轨道为若干台堆垛机提供电量，货架区域存在多台堆垛机，且多台堆垛机共用一套运行轨道，多台堆垛机存在各自的初始位置。
4.根据权利要求1所述的基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，若干所述堆垛机还配置有信息获取模块，所述信息获取模块用于获取堆垛机的运行参数，所述堆垛机的运行参数包括堆垛机的位置、运行速度以及当前状态；将获取的堆垛机的运行参数通过通信模块发送至处理器；处理器结合总控制器的控制信号进行堆垛机协同控制。
5.根据权利要求4所述的基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，所述当前状态包括空闲状态以及工作状态；堆垛机的当前状态的判断方式为堆垛机完成任务后即为空闲状态，接收但是没有完成任务为工作状态，且当堆垛机完成任务后堆垛机自动回归初始位置。
6.根据权利要求1所述的基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，所述总控制器用于设定安全半径R；
处理器将实时获取的堆垛机的位置发送至处理器，处理器获取铺设的运行轨道，并将运行轨道进行投影，投影至平面区域图中，将堆垛机的位置标记为坐标点投射进平面区域图；并将安全半径R进行比例换算，加进平面区域图中。
7.根据权利要求1所述的基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，当接收到任务时，总控制器发送采集指令至多台堆垛机的独立控制器，并通过独立控制器连接信息获取模块获取堆垛机的位置与当前状态；获取所有当前处于空闲状态的区域内的堆垛机的位置，并将空闲堆垛机的位置与任务位置进行距离计算，获取空闲堆垛机的工作行走距离；
将空闲堆垛机的工作行走距离标记为Li，其中i为空闲堆垛机的编号；
获取每台空闲堆垛机的平均运行速度Vi以及最大加速度ai；
利用计算公式计算每台空闲堆垛机完成该任务需要的总时间Ti，计算公式为
Figure 329277DEST_PATH_IMAGE001
；Ti=t1+t2；
其中的
Figure 495947DEST_PATH_IMAGE002
为修正系数； t1为加速或者减速的时间，t2为匀速运行的时间；
Figure 730357DEST_PATH_IMAGE003
表示加速或者减速时产生的位移；
将总时间Ti进行排列，获取总时间最短的堆垛机的编号，并将该堆垛机进行标记为初选堆垛机；
处理器获取初选堆垛机在执行任务之前的周期时间内的行走距离，设定行走距离阈值；当获取的周期时间内的行走距离大于行走距离阈值时，将此堆垛机从初选堆垛机中舍去，处理器选取总时间次之的堆垛机进行标记为初选堆垛机，重复此操作过程，直到周期时间内的行走距离小于或等于行走距离阈值；
处理器获取初选堆垛机的最短行走距离的路线，并将路线投射到平面区域图做出运行模拟；同时将其他的正在工作的堆垛机的运行模拟投射至平面区域图；
当多台堆垛机存在路线冲突获取模拟运行时存在之间距离小于两台堆垛机的安全半径之和时，将此初选堆垛机舍弃，选择总时间次之的堆垛机，直到条件满足多台堆垛机路线不冲突以及模拟运行时多台堆垛机之间的距离大于两台堆垛机的安全半径之和；
则将该堆垛机标记为目标堆垛机，处理器将该堆垛机发送至总控制器，总控制器连接目标堆垛机的独立控制器并将任务发送至该堆垛机。
8.根据权利要求1所述的基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，若在回归途中接收到总控制器发送采集指令时，则最短行走距离为当前位置距离到任务位置的距离。
9.根据权利要求7所述的基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，所述采集指令为电信号。
10.根据权利要求1所述的基于工业以太网的多台堆垛机协同控制方法，其特征在于，指令的传输依据工业以太网实现。
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