CN114266399A - 多台生产设备间机器人搬运优化调度方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种多台生产设备间机器人搬运优化调度方法和系统，根据采集的各个生产设备状态和当前支持加工的产品型号，结合采集并保存在数据库的设备历史加工周期时间和设备良率等，对输入的待加工产品进行动态分配到各个设备，并且预算出设备当前产品加工结束时间。然后经过一系列的调度策略算法裁决，其中包含有：最大连贯任务策略、最邻近优先策略、设备加工产出良率大优先策略等。使用一台机器人，即可有效解决现有技术中机器人与生产设备利用率低、不能集成多种生产设备等问题。

Description

多台生产设备间机器人搬运优化调度方法及系统

技术领域

本发明涉及工业机器人控制技术领域，特别涉及同时存在多台机器人工作时的控制方法和系统。

背景技术

随着机器人的应用普及，生产制造中也越来越多的搬运应用环境中使用机器人来替代人工进行搬运。

目前，机器人搬运大都采用设备接驳点对设备接驳点的固定搬运方式，即机器人与设备和所要搬运的物品具有特定对应关系，仅限于两个设备接驳点之间的运算。这种方式存在着以下主要问题：1)机器人和设备利用率低；2)接驳点受限在机器人本身动作范围之内，这将导致仅限于单台生产设备，不能集成更多的生产设备；3)不能动态调整搬运任务，这将导致无法解决某台设备故障带来的影响、各设备生产负荷均衡和减少搬运任务之间缓冲时间。

发明内容

本申请提供了一种多台生产设备间机器人优化搬运调度技术方案。

为实现上述目的，本发明第一个方面是提供一种多台生产设备间机器人搬运优化调度方法，所述方法包括：

采集各个生产设备工作状态、各台生产设备的产出良率数据；

机器人判断完成生产加工任务的生产设备，并从完成生产加工任务的生产设备中，找出最长连续搬运链；

如果能够完成能够完成最大连贯任务策略的最长连续搬运链仅有一项，则机器人按照最长连续搬运链工作；如果能够完成能够完成最大连贯任务策略的最长连续搬运链不止一项，则计算每个最长搬运链的距离长度，选出最短距离的最长搬运链；

如果最短距离的最长搬运链为一项，则机器人按照最短距离的最长搬运链工作；如果最短距离的最长搬运链不止一项，则机器人判断各项最短距离的最长搬运链的最高产出良率，并根据最高产出良率选择最短距离的最长搬运链；机器人按照最高产出良率选择最短距离的最长搬运链工作。

本申请第二个方面是提供一种多台生产设备间机器人搬运优化调度系统，包括：

数据采集模块：采集各个生产设备工作状态、各台生产设备的产出良率数据；最大连贯任务策略判断模块：从完成生产加工任务的生产设备中，找出最长连续搬运链；

最邻近优先策略判断模块：计算每个最长搬运链的距离长度，从最长连续搬运链中选出最短距离的最长搬运链；

良率优先策略判断模块：判断各项最短距离的最长搬运链的最高产出良率，并选择最高产出良率选择最短距离的最长搬运链；

其中，

最大连贯任务策略判断模块如果判断能够完成能够完成最大连贯任务策略的最长连续搬运链仅有一项，则机器人按照最长连续搬运链工作；如果能够完成能够完成最大连贯任务策略的最长连续搬运链不止一项，则调用，计算每个最长搬运链的距离长度，选出最短距离的最长搬运链；

最邻近优先策略判断模块如果判断最短距离的最长搬运链为一项，则机器人按照最短距离的最长搬运链工作；如果最短距离的最长搬运链不止一项，则调用良率率优先策略判断模块，判断各项最短距离的最长搬运链的最高产出良率，并根据最高产出良率选择最短距离的最长搬运链；机器人按照最高产出良率选择最短距离的最长搬运链工作。

本申请上述内容中，所述多台生产设备是指至少3台不同生产加工功能的生产设备，更优选为至少5台不同生产加工功能的生产设备，更优选为至少8台不同生产加工功能的生产设备。

本申请上述内容中，每一种生产加工功能的生产设备数量，均可以是一台或多台。

本申请上述内容中，如果最高产出良率选择最短距离的最长搬运链不止一项，则机器人从最高产出良率选择最短距离的最长搬运链中选择其中一项进行工作。

在一种优选实施例中，所述最长搬运链是指，机器人能够在各个生产设备之间完成连续搬运的最长链条。即，能够在最多数量的生产设备之间进行连续搬运。

在一种优选实施例中，所述多台生产设备间机器人搬运优化调度系统，还包括储存器，用于各个生产设备的储存产品加工周期时间。

在一种优选实施例中，多台生产设备间机器人搬运优化调度方法中，如果各个生产设备均处于正在工作的状态，则根据产品加工周期时间筛选出最快完成生产加工工作的生产设备，为筛选出的生产设备生成虚拟工作状态作为完成生产加工任务的工作状态，应用于最长连续搬运链的判断，从而得到虚拟的最长连续搬运链，机器人运行至该虚拟的最长连续搬运链的搬运任务起始位置，等待搬运。

为此，在一种优选实施例中，所述多台生产设备间机器人搬运优化调度系统，还包括：

即将完成策略模块：用于筛选出最快完成生产加工工作的生产设备；

如果各个生产设备均处于正在工作的状态，则调用即将完成测量模块，根据产品加工周期时间筛选出最快完成生产加工工作的生产设备，为筛选出的生产设备生成虚拟工作状态作为完成生产加工任务的工作状态，应用于最长连续搬运链的判断，从而得到虚拟的最长连续搬运链，机器人运行至该虚拟的最长连续搬运链的搬运任务起始位置，等待搬运。

在一种优选实施例中，当虚拟的最长连续搬运链上的生产设备，均完成其生产加工工作时，采集到该设备的实际工作状态，等待搬运的机器人开始工作。

在一种优选实施例中，生产设备至少两列设置，最短距离的最长搬运链的判断中，设定相对的生产设备的机器人停靠点重合，即距离为0，同一列中相邻生产设备距离为1。

本申请提供了一种多台生产设备间机器人搬运优化调度方法和系统，实时采集、处理和持久化各个生产设备的工作状态、加工周期时间和良率等数据，提供调度策略功能分析数据做出决策，向机器人发出搬运任务，使用一台机器人，即可有效解决现有技术中机器人与生产设备利用率低、不能集成多种生产设备等问题。

附图说明

图1为本申请多台生产设备间机器人搬运优化调度方法流程图。

图2为本申请多台生产设备间机器人搬运优化调度方法一种应用场景示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中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，本领域的技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参照图1，本申请提供了一种多台生产设备间机器人搬运优化调度方法和系统。根据采集的各个生产设备状态和当前支持加工的产品型号，结合采集并保存在数据库的设备历史加工周期时间和设备良率等，对输入的待加工产品进行动态分配到各个设备，并且预算出设备当前产品加工结束时间。然后经过一系列的调度策略算法裁决，其中包含有：

最大连贯任务策略(即搬运点A->B、B->C、C->D…最长连续搬运链)，减少机器人和设备空载，提高设备利用率；

最邻近优先策略(例如，可以采用最短距离算法Dijkstra计算出最接近机器人当前位置的搬运起始点)，减少机器人移动路径节约时间；

设备加工产出良率大优先策略(统计并排序历史良率，良率相同设备以编号排序)，提高产出良率。

具体步骤包括：

s1：采集各设备状态，产品加工周期时间，产出良率等数据，并持久化保存在数据库中。

s2：对采集的数据应用最大连贯任务策略分析：判断完成生产加工任务的生产设备，并从完成生产加工任务的生产设备中，找出最长连续搬运链。本申请希望生成尽可能多的衔接搬运任务组合方案，比如原料—>A工序，A工序加工完产品—>B工序，B工序—>C工序，……，N工序加工完产品—>成品输出。这样可以降低机器人和设备空载时间，提高设备利用率。

s3：判断有多少个最长连续搬运链、即搬运任务组合方案。如果只有1个搬运任务组合方案，就调度机器人执行方案的搬运任务；如果有＞1个相同组合数的搬运任务组合方案，则应用最邻近优先策略，计算每个最长搬运链的距离长度，选出最短距离的最长搬运链，筛选出机器人当前位置和方案搬运任务起始点最接近的执行，减少机器人在移动时间上的浪费；

s4，判断有多少个最短距离的最长搬运链方案，如果只有一个，则调度机器人执行方案的搬运任务，倘依然若存在多个方案，再应用产出良率高优先策略，根据采集到的最近设备良率最高的方案，尽可能提高产出良率；依然筛选不出则取第一个执行。

s5：机器人执行完搬运任务回到s1循环进行。

实施例2

在实施例1的基础上，本申请多台生产设备间机器人搬运优化调度方法和系统，还可以包括即将完成策略：即根据统计的设备产品加工周期时间计算并筛选出即将完成加工的设备，生成一个虚拟的设备状态再应用最大连贯任务策略分析；将得到1个虚拟的搬运任务组合方案，提前将机器人调度到搬运方案中搬运任务起始位置，降低搬运任务之间缓冲时间；如果只有1个搬运任务组合方案，就调度机器人执行方案的搬运任务；如果有多个相同组合数的搬运方案，则应用最邻近优先策略筛选出机器人当前位置和方案搬运任务起始点最接近的执行，减少机器人在移动时间上的浪费；倘依然若存在多个方案，再应用产出良率高优先策略，根据采集到的最近设备良率最高的方案，尽可能提高产出良率；依然筛选不出则取第一个执行。

这样，本申请不仅实现针对实时设备情况下机器人搬运动态调度，还能考虑对即将发生情况的进行预测，提前安排机器人到达搬运任务起始位置点。

具体步骤包括：

s1：采集各设备状态，产品加工周期时间，产出良率等数据，并持久化保存在数据库中。

s2：对采集的数据应用最大连贯任务策略分析：判断完成生产加工任务的生产设备，并从完成生产加工任务的生产设备中，找出最长连续搬运链。本申请希望生成尽可能多的衔接搬运任务组合方案，比如原料—>A工序，A工序加工完产品—>B工序，B工序—>C工序，……，N工序加工完产品—>成品输出。这样可以降低机器人和设备空载时间，提高设备利用率。

s3：判断有多少个最长连续搬运链、即搬运任务组合方案。如果为0，即根据统计的设备产品加工周期时间计算并筛选出即将完成加工的设备，生成虚拟的设备状态再应用最大连贯任务策略分析，将得到虚拟的搬运任务组合方案，作为最长连续搬运链的搬运任务组合方案；

如果只有1个搬运任务组合方案，就调度机器人执行方案的搬运任务；如果有＞1个相同组合数的搬运任务组合方案，则应用最邻近优先策略，计算每个最长搬运链的距离长度，选出最短距离的最长搬运链，筛选出机器人当前位置和方案搬运任务起始点最接近的执行，减少机器人在移动时间上的浪费；

s4，判断有多少个最短距离的最长搬运链方案，如果只有一个，则调度机器人执行方案的搬运任务，倘依然若存在多个方案，再应用产出良率高优先策略，根据采集到的最近设备良率最高的方案，尽可能提高产出良率；依然筛选不出则取第一个执行。

s5：机器人执行完搬运任务回到s1循环进行。

实施例3

参照图2，本实施例中存在P0-P8停靠点，其中P0为上下料停靠点，P1-P4为A工艺的生产设备群停靠点，P5-P8为B工艺的生产设备群停靠点。机器人要把产品从上下料存放区依次搬运至A工艺生产设备和B工艺生产设备上进行加工，加工完成后再搬运回上下料存放区，直到上下料区产品全部加工完毕。即机器人搬运停靠顺序为：P0->P1/P2/P3/P4->P5/P6/P7/P8->P0。

比如，设备P1空闲，设备P2加工完成，设备P5加工完成，本实施例得到搬运链方案包括：

a1：P0->P1：机器人从上下料区搬运产品至P1设备加工。

a2：P0->P2->P5->P0：机器人从上下料区搬运产品至P2设备加工工艺A，P2设备加工完成的产品搬运至P5设备加工工艺B，P5设备加工完成的产品搬运到上下料区。

a3：P5->P0：机器人将P5设备加工完成的产品搬运到上下料区。

使用“最大连贯任务策略”计算方案中任务数量，筛选出最大的方案集，这里只有一种方案(即第2种方案)，调度机器人执行方案。

实施例4

参照图2，以地面轨道和双拾取机构为例，本实施例中存在P0-P8停靠点，其中P0为上下料停靠点，P1-P4为A工艺的生产设备群停靠点，P5-P8为B工艺的生产设备群停靠点。机器人要把产品从上下料存放区依次搬运至A工艺生产设备和B工艺生产设备上进行加工，加工完成后再搬运回上下料存放区，直到上下料区产品全部加工完毕。即机器人搬运停靠顺序为：P0->P1/P2/P3/P4->P5/P6/P7/P8->P0。

当设备P1空闲，设备P2和P3加工完成，设备P5、P6和P7加工完成。，本实施例得到搬运链方案包括：

a1：P0->P1：机器人从上下料区搬运产品至P1设备加工。

a2：P0->P2/P3->P5/P6/P7->P0：机器人从上下料区搬运产品至P2/P3设备加工工艺A，P2/P3设备加工完成的产品搬运至P5/P6/P7设备加工工艺B，P5/P6/P7设备加工完成的产品搬运到上下料区。

a3：P5/P6/P7->P0：机器人将P5/P6/P7设备加工完成的产品搬运到上下料区。

使用“最大连贯任务策略”计算方案中任务数量，筛选出最大的方案集，即第2种方案，其中，第2种方案的第2节点有设备P2和P3可选，第3节点有设备P5、P6和P7可选，排列组合后，共有6种相同任务长度的方案。

假设相对停靠点重合距离为0，相邻停靠点距离为单位1。即P1 P5、P2P6、P3P7和P4P8距离为0，P0、P1、P2、P3和P4相邻之间距离为1，P1、P5、P6、P7和P8相邻之间距离也为1。从而可以筛选出的方案为：P0->P2->P6->P0，调度机器人执行方案。

实施例5

参照实施例4，当设备P1空闲，设备P2和P3加工完成，设备P5、P6和P7加工完成，上下料区P0未加工产品已经取空。，本实施例得到搬运链方案包括：

a1：P2->P6->P0：机器人从P2设备加工完成的产品搬运至P6设备加工工艺B，P6设备加工完成的产品搬运到上下料区。

a2：P3->P7->P0：机器人从P3设备加工完成的产品搬运至P7设备加工工艺B，P7设备加工完成的产品搬运到上下料区。

假设当前机器人停在P0、P1、P2、P5和P6中的一个停靠点，利用“最邻近优先策略”可以筛选出方案：P2->P6->P0，调度机器人执行方案。

假设当前机器人停在P3、P4、P7和P8中的一个停靠点，利用“最邻近优先策略”可以筛选出方案：P3->P7->P0，调度机器人执行方案。

假设P3换成P4，P7换成P8，机器人当前停靠在P3/P7中的一个停靠点，则筛选结果为2个方案：b1.P2->P6->P0；b2.P4->P8->P0。再使用“良率优先策略”，使用设备良率加权相乘筛选出唯一方案，调度机器人执行方案。

以上对发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明内。

Claims (10)

1.一种多台生产设备间机器人搬运优化调度方法，其特征在于，所述方法包括：采集各个生产设备工作状态、各台生产设备的产出良率数据；

机器人判断完成生产加工任务的生产设备，并从完成生产加工任务的生产设备中，找出最长连续搬运链；

如果能够完成能够完成最大连贯任务策略的最长连续搬运链仅有一项，则机器人按照最长连续搬运链工作；如果能够完成能够完成最大连贯任务策略的最长连续搬运链不止一项，则计算每个最长搬运链的距离长度，选出最短距离的最长搬运链；

如果最短距离的最长搬运链为一项，则机器人按照最短距离的最长搬运链工作；如果最短距离的最长搬运链不止一项，则机器人判断各项最短距离的最长搬运链的最高产出良率，并根据最高产出良率选择最短距离的最长搬运链；机器人按照最高产出良率选择最短距离的最长搬运链工作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果最高产出良率选择最短距离的最长搬运链不止一项，则机器人从最高产出良率选择最短距离的最长搬运链中选择其中一项进行工作。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多台生产设备间机器人搬运优化调度方法中，如果各个生产设备均处于正在工作的状态，则根据产品加工周期时间筛选出最快完成生产加工工作的生产设备，为筛选出的生产设备生成虚拟工作状态作为完成生产加工任务的工作状态，应用于最长连续搬运链的判断，从而得到虚拟的最长连续搬运链，机器人运行至该虚拟的最长连续搬运链的搬运任务起始位置，等待搬运。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当虚拟的最长连续搬运链上的生产设备，均完成其生产加工工作时，采集到该设备的实际工作状态，等待搬运的机器人开始工作。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生产设备至少两列设置，最短距离的最长搬运链的判断中，设定相对的生产设备的机器人停靠点重合，即距离为0，同一列中相邻生产设备距离为1。

6.一种多台生产设备间机器人搬运优化调度系统，其特征在于，包括：

数据采集模块：采集各个生产设备工作状态、各台生产设备的产出良率数据；

最大连贯任务策略判断模块：从完成生产加工任务的生产设备中，找出最长连续搬运链；

最邻近优先策略判断模块：计算每个最长搬运链的距离长度，从最长连续搬运链中选出最短距离的最长搬运链；

良率优先策略判断模块：判断各项最短距离的最长搬运链的最高产出良率，并选择最高产出良率选择最短距离的最长搬运链；

其中，

最大连贯任务策略判断模块如果判断能够完成能够完成最大连贯任务策略的最长连续搬运链仅有一项，则机器人按照最长连续搬运链工作；如果能够完成能够完成最大连贯任务策略的最长连续搬运链不止一项，则调用，计算每个最长搬运链的距离长度，选出最短距离的最长搬运链；

最邻近优先策略判断模块如果判断最短距离的最长搬运链为一项，则机器人按照最短距离的最长搬运链工作；如果最短距离的最长搬运链不止一项，则调用良率率优先策略判断模块，判断各项最短距离的最长搬运链的最高产出良率，并根据最高产出良率选择最短距离的最长搬运链；机器人按照最高产出良率选择最短距离的最长搬运链工作。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多台生产设备间机器人搬运优化调度系统，还包括储存器，用于储存各个生产设备的产品加工周期时间。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述多台生产设备间机器人搬运优化调度系统，还包括：

即将完成策略模块：用于筛选出最快完成生产加工工作的生产设备；

如果各个生产设备均处于正在工作的状态，则调用即将完成测量模块，根据产品加工周期时间筛选出最快完成生产加工工作的生产设备，为筛选出的生产设备生成虚拟工作状态作为完成生产加工任务的工作状态，应用于最长连续搬运链的判断，从而得到虚拟的最长连续搬运链，机器人运行至该虚拟的最长连续搬运链的搬运任务起始位置，等待搬运。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，当虚拟的最长连续搬运链上的生产设备，均完成其生产加工工作时，采集到该设备的实际工作状态，等待搬运的机器人开始工作。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，生产设备至少两列设置，最短距离的最长搬运链的判断中，设定相对的生产设备的机器人停靠点重合，即距离为0，同一列中相邻生产设备距离为1。

Images