CN113419435A - 一种智能传输平台交互系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能传输平台交互系统，包括硬件系统、同步伺服控制系统和软件交互系统；硬件系统包括：内部设有若干个定子线圈的传输平台滑轨，定子线圈分别独立外接相应可变电源；安装在传输平台滑轨上方、下方和/或侧面的动子托盘，可沿传输平台滑轨移动；动子托盘靠近传输平台滑轨一侧设有若干个磁极异向交替排列的永磁体；动子托盘上设用于位移测量的编码器标尺；同步伺服控制系统与可变电源连接用于控制可变电源的供电参数；同步伺服控制系统包括作为上位机通过EtherCAT总线与可变电源连接的工业控制器；软件交互系统包括图形化的托盘管理调度系统、场景动态的实时仿真系统，数据云平台状态监控系统。
Description
技术领域
本发明涉及智能传输设备技术领域，具体涉及一种智能传输平台交互系统。
背景技术
随着工业发展，高端制造业大量使用传输设备，但传统的传输设备采用大量机械传动装置如牵引件、承载构件、驱动装置、改向装置和支承件等但这些传输设备机构臃肿，占地比较大，系统设计和控制流程复杂；运行时具有较大的噪声；此外由于长期使用造成机械的磨损导致精度的偏差以及使用寿命的降低；而且需要经常维护；且轴承，传动部件等加入的润滑油等化学物质可能对环境以及产品造成污染，使得食品，药品，电子设备等行业因润滑油脂的存在而有被污染的潜在风险。
高精度柔性智能传输平台是近几年随着直线电机技术的成熟，刚刚起步发展的一种先进制造技术，最早是应用于高端制造业柔性生产中的高速高精度运动控制设备。该技术可以应用于各行业的各个领域范围，目前已成功推广应用于太阳能电池的敏感元件非接触式传输、零件的柔性传输装配生产、大型OLED屏幕的传输测试、电子元件的插件传输系统等相关行业领域。但是目前该传输平台在面对复杂的场景整个系统灵活性、易用性和扩展性不足，用户的思路不能能够得到快速执行，同时系统状态难以实时反馈。
高精度柔性智能传输平台非常适用于高速的多物品传输(如公告号为CN210882155U、CN 208345072U的专利技术等)，能够实现物品的多轨迹输送、物品间距动态调整、物品速度动态规划、物品的卸载及操控等功能。但如何实现相邻伺服单元的高精度协同运动控制，对物品进行实时位置跟随，分析高效的多物品协同运动规划，保证多物品系统运动的灵活性的控制系统目前还满足不了工业化的需求。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种智能传输平台交互系统，在高精度柔性智能传输平台硬件及控制系统研发的基础上，提升系统灵活性、易用性和扩展性。通过友好的人机交互界面，让用户的思路能够得到快速执行，同时得到系统状态的实时反馈。通过软件交互平台系统设计，将复杂的运动控制功能以极为简单的方式实现。
一种智能传输平台交互系统，包括硬件系统、同步伺服控制系统和软件交互系统；
所述硬件系统包括：
传输平台滑轨，其内部设有若干个定子线圈作为驱动单元，所述定子线圈分别独立外接相应可变电源；
动子托盘，安装在所述传输平台滑轨的上方、下方和/或侧面，可沿所述传输平台滑轨移动；所述动子托盘靠近所述传输平台滑轨的一侧设有若干个磁极异向交替排列的永磁体；所述动子托盘上设有用于位移测量的编码器标尺；
所述同步伺服控制系统与所述可变电源连接，用于控制所述可变电源的供电参数；所述同步伺服控制系统包括工业控制器，所述工业控制器作为上位机通过EtherCAT总线与所述可变电源连接；
所述软件交互系统包括：
图形化的托盘管理调度系统，用于图形化的动子托盘管理及快速配置，控制具有统一轨迹的动子托盘进行编队，简化动子托盘运动的操作控制；
场景动态的实时仿真系统，对动子托盘在时间序列上的轨迹进行统一生成、管理和分类，实现多托盘的协同运动控制；
数据云平台状态监控系统，数据通过5G网络发送至云平台，实现对所述智能传输平台交互系统的实时远程监控，支持手机、平板电脑等移动端的数据跟踪管理。
所述智能传输平台交互系统还包括协同运动控制模块，采用后置驱动单元位移补偿算法，相邻驱动单元中的前置驱动单元对动子托盘进行实时位置跟随控制，同时后置的驱动单元对动子托盘位置进行实时监测，采用PD控制进行位置补偿，实现相邻驱动单元对动子托盘的高精度协同控制。
所述定子线圈两侧设有用于感应动子托盘位置的传感器。
所述动子托盘上的永磁体之间的间隔满足每一时刻四个永磁体对应一个定子线圈。
所述传输平台滑轨包括若干个通过环形式滑轨、直线式滑轨、矩形式滑轨中的一种或多种拼接形成的轨道。
所述传输平台滑轨的材质为硬质氧化铝的铝型材。
所述动子托盘的材质为采用固态铝合金。
所述动子托盘通过滑轮与所述传输平台滑轨接触。
所述工业控制器还通过以太网接口连接PLC。
本发明系统能够实现物品的多轨迹输送、物品间距动态调整、物品速度动态规划、物品的卸载及操控等功能。具有性能优异、灵活易用、扩展性强、布局多样化，安装简单，无需线缆，成本低，适用范围广等优势，适用于多种高端制造领域，有望在电池制造，食品及化工生产等领域实现大规模的工业化应用。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：智能传输平台在现场场景工作中，基于时序的场景设计部署系统，对多托盘模块在时间序列上的轨迹进行统一生成、管理和分类，实现多托盘的协同运动控制。通过图形可视化手段，仅需要对时间序列上托盘的关键点的状态进行设置就能够快速完成场景功能设计。智能传输平台在场景及运动功能设计完成后，生成各托盘的运动控制轨迹，在现场设备运行前，需要对生成的运动控制轨迹进行仿真查验，提升优化运动轨迹流程，避免实际运行时可能出现的故障。在传输系统运行过程中，仿真系统能够实时展示系统的状态，系统数据通过5G网络发送至云平台，实现对系统的实时远程监控，支持手机、平板电脑等移动端的数据跟踪管理。设计状态监控与故障诊断系统，对潜在的故障能够及时预警。
附图说明
图1为柔性智能传输平台的结构示意图；
图2为动子托盘的安装方式示意图，其中(a)托盘朝上式，(b)托盘朝下式，(c)托盘侧向式；
图3为传输平台滑轨的形态布局示意图；
图4为基于EtherCAT工业总线的同步伺服控制系统架构图；
图中：1-动子托盘；2、3-永磁体；4-定子线圈；5-传感器；6-托盘朝上式；7-托盘朝下式；8-托盘侧向式；9-直线式滑轨；10-矩形式滑轨；11-环形式滑轨；12-多轨道式滑轨；13-可变电源；14-EtherCAT总线；15-工业控制器；16-以太网(TCP/IP)；17-PLC。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
柔性智能传输平台如图1所示，一种智能传输平台交互系统，包括硬件系统、同步伺服控制系统和软件交互系统。
硬件系统包括：
传输平台滑轨，其内部设有若干个定子线圈4，定子线圈4分别独立外接相应可变电源13(参见图4)；
动子托盘1，安装在所述传输平台滑轨的上方、下方和/或侧面(参见图2)，可沿所述传输平台滑轨移动；动子托盘1靠近所述传输平台滑轨的一侧设有若干个磁极异向交替排列的永磁体2、3；动子托盘1上设有用于位移测量的编码器标尺。
同步伺服控制系统与可变电源13连接，用于控制可变电源13的供电参数；所述同步伺服控制系统包括工业控制器15，工业控制器15作为上位机通过EtherCAT总线14与可变电源13连接(参见图4)。
动子托盘1中设计均匀分布的永磁体2、3，与定子线圈4共同作用产生推力。通过给不同的线圈施加不同的励磁电流的方式产生运动的磁场。这一运动的磁场推动着动子的永磁体2、3一起运行，动子的推力大小通过调节线圈的励磁电流大小来实现。通过对动子的运动控制，实现动子在整个导轨上的自由运动，能够在静止和运动时进行制动、加速、定位等控制，具有极大地灵活性。
定子线圈4两侧设有用于感应动子托盘1位置的传感器5。
传输平台滑轨包括若干个通过环形式滑轨11、直线式滑轨9、矩形式滑轨10中的一种或多种拼接形成的多轨道式滑轨12(参见图3)。导轨通过接插件进行高精度拼装，确保导轨的无缝连接，实现导轨的长距离拼接和扩展。
所述传输平台滑轨的材质为硬质氧化铝的铝型材，确保了动子托盘1在运行时噪音非常小，以及保证良好的运行性能和低磨损，系统无需润滑。
动子托盘1的材质为采用固态铝合金。
动子托盘1通过滑轮与所述传输平台滑轨接触，滑轮能够在直线和曲线段上实现无背隙运行。
如图4所示，工业控制器14还通过以太网16接口连接PLC17，实现标准工业控制功能。工业控制器同时能够接入操作控制器，实现对柔性智能传输平台的编程控制、动作仿真以及远程状态监控功能。工业控制器基于TI AM 4378CPU搭建Linux实时系统，该实时系统中包含操作模组、规划模组、运动模组。操作模组主要接收外部信号进行动作流程处理，按照流程需要输出对应信号；规划模组实现多轴协同运动，建立各轴位置协调策略，建立速度控制、位置控制的安全保护机制；运动模组按照规划的轨迹，采用运动学逆解手段将轨迹分解为各轴的关节空间轨迹，同时实时获取各轴的位置信息。
上述高精度柔性智能传输平台系统运行时，工业控制器15通过EtherCAT总线14控制可变电源13的供电参数，进而改变各定子线圈4中的电流，产生相应变化磁场，从而驱动所述传输平台滑轨上的动子托盘1移动和停止。动子托盘1上的编码器标尺可监测、反映动子托盘运动情况。
动子托盘中设计均匀分布的永磁体，与定子线圈共同作用产生推力，使托盘能够在整个导轨系统上的自由运动，实现加速、匀速、制动和定位等动作，实现了传输设备的功能，具有控制精度高，较大的运载能力以及较快的运行速度。
软件交互系统包括：
图形化的托盘管理调度系统，用于图形化的动子托盘管理及快速配置，控制具有统一轨迹的动子托盘进行编队，简化动子托盘运动的操作控制；
场景动态的实时仿真系统，对动子托盘在时间序列上的轨迹进行统一生成、管理和分类，实现多托盘的协同运动控制；
数据云平台状态监控系统，数据通过5G网络发送至云平台，实现对所述智能传输平台交互系统的实时远程监控，支持移动端的数据跟踪管理。
图形化的托盘管理及快速配置。高精度柔性智能传输平台能够根据项目场景需求，灵活地拼接成多种形态布局。在传输平台滑轨上设置有多个托盘，采用图形化的托盘管理调度系统，当系统部署完成后，系统滑轨架构将自动生成并进行显示。系统托盘增加时，通过读取托盘在滑轨上的绝对位置，托盘也将在滑轨架构上自动显示，从而提升用户的交互体验。托盘支持独立管理配置，能够设置托盘编号、速度、位置、间距以及轨迹等信息状态。设计托盘编队功能，对于具有统一轨迹的托盘进行编队，简化托盘运动的操作控制。
基于时序的场景设计部署系统。智能传输平台在现场场景工作中，基于时序的场景设计部署系统，对多托盘模块在时间序列上的轨迹进行统一生成、管理和分类，实现多托盘的协同运动控制。通过图形可视化手段，仅需要对时间序列上托盘的关键点的状态进行设置就能够快速完成场景功能设计。设计托盘冲突碰撞避免、编组跟随等功能，提升系统可靠性与易用性。提供针对不同场景的运动模板以及常用的多托盘运动工艺组件，实现场景的快速设计。
软件系统支持外部设计导入接口，例如通3DMAX等软件设计多托盘运动动作轨迹并导入智能传输平台系统中，对于非专业人员也能够快速简单实现场景设计，极大增强系统的易用性。此外，软件系统具有灵活易用的编程开发功能，提供软件二次开发接口满足复杂场景的特殊设计需求。
场景动态的实时仿真与数据云平台状态监控。智能传输平台在场景及运动功能设计完成后，生成各托盘的运动控制轨迹，在现场设备运行前，需要对生成的运动控制轨迹进行仿真查验，提升优化运动轨迹流程，避免实际运行时可能出现的故障。在传输系统运行过程中，仿真系统能够实时展示系统的状态，系统数据通过5G网络发送至云平台，实现对系统的实时远程监控，支持手机、平板电脑等移动端的数据跟踪管理。设计状态监控与故障诊断系统，对潜在的故障能够及时预警。
所述智能传输平台交互系统还包括协同运动控制模块，采用后置驱动单元位移补偿算法，相邻驱动单元中的前置驱动单元对动子托盘进行实时位置跟随控制，同时后置的驱动单元对动子托盘位置进行实时监测，采用PD控制进行位置补偿，实现相邻驱动单元对动子托盘的高精度协同控制。
托盘在滑轨上能够按照多种轨迹运动，当上位机发送托盘的运动轨迹指令后，控制器对运动轨迹进行解析，通过运动学逆解将运动轨迹分解到托盘经过的所有驱动单元上，形成驱动单元的关节空间轨迹，通过工业高速总线保证运动控制的完全同步，从而实现托盘的高速运动轨迹规划。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种智能传输平台交互系统，其特征在于，包括硬件系统、同步伺服控制系统和软件交互系统；
所述硬件系统包括：
传输平台滑轨，其内部设有若干个定子线圈作为驱动单元，所述定子线圈分别独立外接相应可变电源；
动子托盘，安装在所述传输平台滑轨的上方、下方和/或侧面，可沿所述传输平台滑轨移动；所述动子托盘靠近所述传输平台滑轨的一侧设有若干个磁极异向交替排列的永磁体；所述动子托盘上设有用于位移测量的编码器标尺；
所述同步伺服控制系统与所述可变电源连接，用于控制所述可变电源的供电参数；所述同步伺服控制系统包括工业控制器，所述工业控制器作为上位机通过EtherCAT总线与所述可变电源连接；
所述软件交互系统包括：
图形化的托盘管理调度系统，用于图形化的动子托盘管理及快速配置，控制具有统一轨迹的动子托盘进行编队，简化动子托盘运动的操作控制；
场景动态的实时仿真系统，对动子托盘在时间序列上的轨迹进行统一生成、管理和分类，实现多托盘的协同运动控制；
数据云平台状态监控系统，数据通过5G网络发送至云平台，实现对所述智能传输平台交互系统的实时远程监控，支持移动端的数据跟踪管理。
2.根据权利要求1所述的智能传输平台交互系统，其特征在于，所述智能传输平台交互系统还包括协同运动控制模块，采用后置驱动单元位移补偿算法，相邻驱动单元中的前置驱动单元对动子托盘进行实时位置跟随控制，同时后置的驱动单元对动子托盘位置进行实时监测，采用PD控制进行位置补偿，实现相邻驱动单元对动子托盘的高精度协同控制。
3.根据权利要求1所述的智能传输平台交互系统，其特征在于，所述定子线圈两侧设有用于感应动子托盘位置的传感器。
4.根据权利要求1所述的智能传输平台交互系统，其特征在于，所述动子托盘上的永磁体之间的间隔满足每一时刻四个永磁体对应一个定子线圈。
5.根据权利要求1所述的智能传输平台交互系统，其特征在于，所述传输平台滑轨包括若干个通过环形式滑轨、直线式滑轨、矩形式滑轨中的一种或多种拼接形成的轨道。
6.根据权利要求1所述的智能传输平台交互系统，其特征在于，所述传输平台滑轨的材质为硬质氧化铝的铝型材。
7.根据权利要求1所述的智能传输平台交互系统，其特征在于，所述动子托盘的材质为采用固态铝合金。
8.根据权利要求1所述的智能传输平台交互系统，其特征在于，所述动子托盘通过滑轮与所述传输平台滑轨接触。
9.根据权利要求1所述的智能传输平台交互系统，其特征在于，所述工业控制器还通过以太网接口连接PLC。
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