概述

      隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)加工的特殊性、專業(yè)化、隨機(jī)性對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)多用性、智能性以及靈活性提出了較高的要求。尤其是針對(duì)非固定節(jié)拍、隨機(jī)供料等生產(chǎn)方式的自動(dòng)化生產(chǎn)線，在正式投入使用的前期，需要對(duì)系統(tǒng)集成和控制方法進(jìn)行大量的研究和調(diào)試工作。

      智能化產(chǎn)線系統(tǒng)由機(jī)器人系統(tǒng)、傳送帶輸送系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、人機(jī)交互集中控制系統(tǒng)、智能環(huán)境支持系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)可完成工件的自動(dòng)檢測(cè)與位置信息的獲取、工件的自動(dòng)撿取和放置、載件盒在傳送帶上的循環(huán)輸送、工件的自動(dòng)卸載等操作過程，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中工件撿取、加工過程的演示。

      系統(tǒng)采用三條并聯(lián)的不同傳送方向的傳送帶及氣缸推桿實(shí)現(xiàn)工件和包裝盒的循環(huán)輸送操作，采用工業(yè)視覺系統(tǒng)對(duì)工件進(jìn)行圖像信息以及位姿信息的獲??；采用機(jī)器人及其抓手進(jìn)行工件的撿取和裝箱操作，采用滑臺(tái)及其抓手對(duì)載件盒進(jìn)行工件的卸載操作，通過對(duì)平臺(tái)進(jìn)行不同的設(shè)置實(shí)現(xiàn)不同的工作模式的運(yùn)行?？蓪?duì)生產(chǎn)線上的不同工作模式的模擬和控制進(jìn)行研究。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

智能生產(chǎn)線系統(tǒng)模型

      可通過對(duì)機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行物理建模，以傳送帶走過一個(gè)工件長(zhǎng)度所需的時(shí)間作為系統(tǒng)節(jié)拍，以機(jī)器人抓手空余量和工件分布信息作為狀態(tài)，計(jì)算概率轉(zhuǎn)移矩陣和性能矩陣，將機(jī)器人搬運(yùn)生產(chǎn)線建立為DTMDP 模型。采用理論優(yōu)化和仿真優(yōu)化的方法，即通過策略迭代算法和基于模擬退火的Q學(xué)習(xí)算法對(duì)DTMDP模型求解。然后對(duì)策略迭代算法和Q習(xí)算法進(jìn)行仿真和分析討論，再根據(jù)仿真結(jié)果設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行最優(yōu)參數(shù)。

      系統(tǒng)可以作為《現(xiàn)場(chǎng)總線及工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》、《智能生產(chǎn)計(jì)劃管理》、《智能生產(chǎn)系統(tǒng)與cps建?！返日n程的實(shí)踐平臺(tái)，結(jié)合大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)和服務(wù)器系統(tǒng)，可以進(jìn)行云制造，并將產(chǎn)線投入工業(yè)應(yīng)用中，使得企業(yè)產(chǎn)線綜合代價(jià)改進(jìn)。

機(jī)器人搬運(yùn)生產(chǎn)線工作流程

機(jī)器人搬運(yùn)生產(chǎn)線系統(tǒng)模型

最優(yōu)策略下系統(tǒng)行動(dòng)示意圖

主要組成部分

（1）人機(jī)交互集中控制系統(tǒng)

      人機(jī)交互集中控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了操作者對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的控制和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的運(yùn)行信息反饋顯示。人機(jī)交互集中控制系統(tǒng)主要由服務(wù)器、PLC、觸摸屏、按鈕、指示燈、電表等組成。除服務(wù)器以外，人機(jī)交互系統(tǒng)集中設(shè)計(jì)于集中控制柜中?？刂乒裼袃煞N工作模式，在調(diào)試模式下，可以通過控制柜面板上的按鈕對(duì)生產(chǎn)線的某個(gè)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試或改變運(yùn)行參數(shù)；在自動(dòng)模式下，通過PLC 程序控制整個(gè)生產(chǎn)線自動(dòng)運(yùn)行。

      作為系統(tǒng)的集成控制器，PLC 控制自動(dòng)模式下的所有設(shè)備的上電、運(yùn)行、運(yùn)行停止和斷電；PLC 接受來(lái)自光電傳感器、按鈕、電磁閥的數(shù)字輸入（DI）；通過數(shù)字輸出（DO）控制繼電器、電磁閥、真空發(fā)生器、指示燈等；通過脈沖輸出控制傳送帶一、傳送帶二和十字滑臺(tái)的伺服電機(jī)。服務(wù)器通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)和機(jī)器人的通信，并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的組態(tài)監(jiān)控；觸摸屏通過 RS232 和 PLC通信，實(shí)現(xiàn)觸摸屏對(duì)生產(chǎn)線的手動(dòng)控制和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。調(diào)試模式下，通過控制柜面板上的按鈕，可以手動(dòng)控制生產(chǎn)線的運(yùn)行。

（2）實(shí)驗(yàn)平臺(tái)監(jiān)視系統(tǒng)

      平臺(tái)提供了 MelfaRXM.ocx 軟件接口配合機(jī)器人自帶的通信服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控接口。MelfaRXM.ocx 控件是一個(gè) ActiveX 通信控件，它支持連接多個(gè)機(jī)器人下位機(jī)控制器，也就是說(shuō)，通過 MelfaRXM.ocx 可以通過機(jī)器人編號(hào)實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多個(gè)機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)于單個(gè)執(zhí)行監(jiān)控程序的 PC 所能連接機(jī)器人數(shù)最大為 32，即機(jī)器人編號(hào)范圍為 1-32。在使用 MelfaRXM.ocx 通信控件之前需要在程序加入通信控件，并在 Windows 注冊(cè)表注冊(cè)，經(jīng)過正確的配置后，便可以在程序中使用 MelfaRXM.ocx 通信控件。

      監(jiān)控接口設(shè)計(jì)的主要原理基于請(qǐng)求響應(yīng)機(jī)制，即通過發(fā)送特定請(qǐng)求給 RobCom服務(wù)器，等待服務(wù)器響應(yīng)事件，捕獲到響應(yīng)事件后通過解碼響應(yīng)數(shù)據(jù)包獲得相應(yīng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。對(duì)于監(jiān)視類請(qǐng)求，獲得的響應(yīng)為請(qǐng)求的響應(yīng)數(shù)據(jù)；對(duì)于控制類請(qǐng)求，獲得的響應(yīng)為控制的結(jié)果即是否成功。

（3）最優(yōu)化算法系統(tǒng)

      機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)是求一個(gè)最優(yōu)調(diào)度策略，在平均或折扣準(zhǔn)則下，長(zhǎng)期運(yùn)行下期望代價(jià)較低。但是在實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)中，還需要研究系統(tǒng)的一些其他性能指標(biāo)，如工件流失率、單位時(shí)間內(nèi)工件加工數(shù)量。

      現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)加工系統(tǒng)中，工件到達(dá)率可能會(huì)發(fā)生變化，機(jī)器人的放置工件的時(shí)間也需要根據(jù)實(shí)際情況改變；工件到達(dá)率和機(jī)器人放置時(shí)間對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的平均代價(jià)、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)線率有很大的影響，因此研究不同工件到達(dá)率和機(jī)器人放置時(shí)間對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

      優(yōu)化方法是先通過仿真或者觀測(cè)實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行，得到一條或者多條樣本軌道，通過采集到的樣本軌道的信息來(lái)估計(jì)狀態(tài)值函數(shù)，克服“維數(shù)災(zāi)”和“模型災(zāi)”問題，以對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行優(yōu)化。

      根據(jù)實(shí)際機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)置相關(guān)參數(shù)，其原則為使得生產(chǎn)線的到達(dá)率和機(jī)器人的平均生產(chǎn)率相平衡，以避免出現(xiàn)工件到達(dá)率過大導(dǎo)致的工件大量堵塞和流失，或者機(jī)器人移動(dòng)速度過大導(dǎo)致的機(jī)器人發(fā)熱和損耗。系統(tǒng)提供最優(yōu)算法demo例程，可開發(fā)更多算法。