CN1544999A - 可重构装配系统控制方法 - Google Patents

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殷跃红
俞建峰
盛鑫军
严灏
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Abstract

一种可重构装配系统控制方法，属于信息技术领域。方法包括以下步骤：第一步建立调度规划层，根据优化目标，调用自适应遗传算法完成调度计划，第二步建立状态协调层，分解调度信息到各台控制计算机，第三步建立设备控制层，实时接收和传递信息，控制装配机器人的装配动作。本发明将调度和控制结合，快速响应外界任务变化，作出调度决策，控制模块易于重构。控制模块共同构成可重构装配系统的控制平台，从外界信息输入到内部信息有序优化，信息有序配置和绑定，到控制信息和底层设备的准确交流，形成完善的分布式控制平台，能够积极响应内部和外部的扰动，系统具有很强的鲁棒性和可重构性。

Description

可重构装配系统控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，特别是一种模块化组件实现装配机器人的可重构装配系统控制方法。属于信息技术领域。
背景技术
可重构装配系统是为了适应动态变化的市场而提出的一种新颖的装配系统，体现出系统的智能性，自治性，模块化，可伸缩的特点。可重构装配系统克服专用化装配线投资成本高，只能生产一种产品的缺点，也克服了柔性装配线系统本身无法重新重组，导致新的产品不能在柔性装配线上装配的不足。
经文献检索发现，香港城市大学W.H.R.Yeung等人在《柔性装配中采用着色Petri网和现场总线的分布式控制器》(《国际生产研究杂志》1997，35(2)：327-340)一文中(Distributed cell controllers using colorPetri-net and fieldbus：an application in flexible assembly.Int.J.Prod.Res.，1997，35(2)：327-340)研究了柔性装配系统的分布式单元控制器，但是存在两大问题：(1)系统控制没有考虑装配系统的任务调度，从而系统信息驱动与系统控制没有很好地统一起来；(2)系统控制的通讯方法是采用专有的制造信息规范协议，不具有通用性。没有提出控制模块化，系统控制不能方便地跟随客户的要求进行重构。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中的不足，提供一种可重构装配系统控制方法，实现可重构装配系统的任务优化调度，使得装配系统运行效率达到最大化。本发明的另一目的是实现底层设备的分布式控制，装配系统的控制模块易于重构，控制计算机之间的通讯关系易于重新指定。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明方法包括以下步骤：第一步建立调度规划层，根据优化目标，调用自适应遗传算法完成调度计划；第二步建立状态协调层，分解调度信息到各台控制计算机；第三步建立设备控制层，实时接收和传递信息，控制装配机器人的装配动作。
以下对本发明方法作进一步的限定，具体内容如下：
(1)建立调度规划层，根据优化目标，调用自适应遗传算法完成调度计划
调度规划层生成产品在装配线上生产次序，优化的目标是以最小化最大完工时间为目标。由于调度问题的复杂性，基于启发式的智能算法得到广泛重视，本发明方法以自适应遗传算法为核心进行优化计算，规划员根据装配系统任务的要求将任务输入数据库，采用自适应遗传算法快速得出优化的调度结果，调度结果按照设定的数据格式生成调度文件，作为可重构装配系统信息驱动源。
所述的自适应遗传算法是指：
每个调度方案作为遗传算法的个体，采用自然数编码方式，以最小化最大完工时间为适应度函数，在进化过程中，交叉概率和变异概率能够作自适应调整，适应度越高的个体参于交叉和变异的概率越低，避免优秀个体被破坏。
(2)建立状态协调层，分解调度信息到各台控制计算机
主要包括两个子步骤，
①构形编译：设定可重构装配系统模块及其模块之间的逻辑衔接关系，将设定好的系统构形分割成每个模块独立的构形参数，包括模块与其他模块之间的关系以及自己本身的操作参数。
②构形绑定：构形编译后即获得系统构形编译文件，构形绑定时，状态协调层通过DCOM协议将各模块的编译结果以XML的格式传到各模块上，并通过重构接口解析编译所生成的文件，在模块上生成配置文件。使各装配模块按照新的配置文件进行操作，实现装配操作和装配流程的重构需要。
各模块采用的是DCOM组件结构，支持远端调用及控制，通过DCOM控制协议直接进行配置操作。由于DCOM控制中涉及安装、使用、安全性协议等，因此系统重构管理器在设计时应考虑其构形绑定的易操作性，这一点将影响整个系统运行的性能。
(3)建立设备控制层，实时接收和传递信息，控制装配机器人的装配动作
设备控制层完成每台控制计算机的配置，使每台计算机纳入整个可重构装配系统中，设备控制层自动读取由可重构接口模块生成的配置文件，将模块操作序列和协作关系保存起来以供各集成模块读取调用，与此同时它能通知状态协调器进行初始化配置，它还接收由状态协调器传来的消息，确定当前装配的任务以便通知集成各模块进行相应的调整。
本发明与现有技术相比，将调度和控制结合，快速响应外界任务变化，作出调度决策，控制模块易于重构。控制模块共同构成可重构装配系统的控制平台，从外界信息输入到内部信息有序优化，信息有序配置和绑定，到控制信息和底层设备的准确交流，形成完善的分布式控制平台，能够积极响应内部和外部的扰动，系统具有很强的鲁棒性和可重构性。
附图说明
图1是可重构装配系统控制方法结构框图。
图2是实施例设备及其设备连接示意图。
具体实施方式
如图所示，下面结合附图和实例详细说明本发明的具体实施方案。但是本发明不受这里所述实施例的限制，提供这些实施例只是为了更充分和完全公开发明，并将本发明的范围完全告知本领域的研究人员。
图1是可重构装配系统控制方法结构框图。
图中：(1)调度规划层，(2)状态协调层，(3)设备控制层。
若现有5台机器人组成装配系统流水线，需要3种不同型号的装配产品。6个产品在5台机器上的装配时间和装配顺序分别已知。每个产品所需每台机器人完成的装配动作的控制程序分别通过机器人示教完成。现有1台计算机作为总控计算机，其他5台计算机分别控制5台机器人。总控计算机作为调度规划层和状态协调层的载体。
(1)调度规划层由网络数据库SQL SEVER2000和自适应遗传算法组成。外界信息输入数据库，自适应算法根据选定的优化目标进行调度。调度结果保存到一个规定格式的数据文件中，供状态协调层调用。
(2)状态协调层主要的功能是完成系统配置，指定系统各台控制计算机之间的通讯接口。在配置好系统之间的逻辑连接关系后，根据操作员命令，读取调度规划层的数据文件，驱动可重构装配系统开始工作。
(3)设备控制层是由局域网或Internet网连接的控制计算机构成。设备控制层接收控制计算机之间的控制信息，接收到控制后，控制计算机开始执行程序，驱动装配机器人或传送装置动作。
图2是实施例设备及其设备连接示意图。
图中：1总控计算机，2，3，4，5，6分别为机器人控制计算机，7局域网。
总控计算机的数据库记录3种产品在5台机器上的装配时间，按照最小化完工时间的要求，通过调度算法获得3种产品在此装配系统中的装配次序，并保存为规定格式的数据文件。
总控计算机1根据各个机器人前后的逻辑连接关系，生成系统的构形文件，构形文件分割成每台计算机的配置文件，为XML格式。通过DCOM协议分别传送配置文件给计算机2，计算机3，计算机4，计算机5，计算机6。每台计算机知道自己接收消息的计算机名，以及发送消息的计算机名。这样，控制每台机器人的计算机之间的逻辑连接关系就确定下来了。
总控计算机1读取调度数据文件，作为系统信息驱动源，向计算机2发送消息，命令计算机2开始控制机器人工作，当机器人完成规定动作后，计算机2向计算机3发送消息，命令计算机3开始控制机器人工作，依次直至最后一台机器人完成动作，一种产品装配完成。3种产品在此系统中的装配都是按这个流程完成。
进一步，如果本系统不能满足新的需求，必须重构时，可以重新生成构形文件，系统协调层就能完成装配系统的重构。
本发明将调度和控制结合，快速响应外界任务变化，作出调度决策，控制模块易于重构。

Claims (5)

1、一种可重构装配系统控制方法，其特征在于，方法包括以下步骤：第一步建立调度规划层，根据优化目标，调用自适应遗传算法完成调度计划，第二步建立状态协调层，分解调度信息到各台控制计算机，第三步建立设备控制层，实时接收和传递信息，控制装配机器人的装配动作。
2、根据权利要求1所述的可重构装配系统控制方法，其特征是，所述的调度规划层，根据优化目标，调用自适应遗传算法完成调度计划具体如下：调度规划层生成产品在装配线上生产次序，优化的目标是以最小化最大完工时间为目标，采用自适应遗传算法为核心进行优化计算，规划员根据装配系统任务的要求将任务输入数据库，采用自适应遗传算法快速得出优化的调度结果，调度结果按照设定的数据格式生成调度文件，作为可重构装配系统信息驱动源。
3、根据权利要求1或2所述的可重构装配系统控制方法，其特征是，所述的自适应遗传算法是指：每个调度方案作为遗传算法的个体，采用自然数编码方式，以最小化最大完工时间为适应度函数，在进化过程中，交叉概率和变异概率能够作自适应调整，适应度越高的个体参于交叉和变异的概率越低，避免优秀个体被破坏。
4、根据权利要求1所述的可重构装配系统控制方法，其特征是，所述的建立状态协调层，分解调度信息到各台控制计算机，主要包括两个子步骤：
①构形编译：设定可重构装配系统模块及其模块之间的逻辑衔接关系，将设定好的系统构形分割成每个模块独立的构形参数，包括模块与其他模块之间的关系以及自己本身的操作参数；
②构形绑定：构形编译后即获得系统构形编译文件，构形绑定时，状态协调层通过DCOM协议将各模块的编译结果以XML的格式传到各模块上，并通过重构接口解析编译所生成的文件，在模块上生成配置文件，使各装配模块按照新的配置文件进行操作，实现装配操作和装配流程的重构；
各模块采用的是DCOM组件结构，支持远端调用及控制，通过DCOM控制协议直接进行配置操作，系统重构管理器在设计时必须考虑其构形绑定的易操作性。
5、根据权利要求1所述的可重构装配系统控制方法，其特征是，所述的建立设备控制层，实时接收和传递信息，控制装配机器人的装配动作，具体如下：
设备控制层完成每台控制计算机的配置，使每台计算机纳入整个可重构装配系统中，设备控制层自动读取由可重构接口模块生成的配置文件，将模块操作序列和协作关系保存起来供各集成模块读取调用，与此同时它通知状态协调器进行初始化配置，它还接收由状态协调器传来的消息，确定当前装配的任务通知集成各模块进行相应的调整。
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