一种基于可协作Petri网的可容错柔性小件装配控制方法与流程

文档序号:14686238发布日期:2018-06-15 00:04
本发明涉及自动化制造领域,尤其是涉及面向基于可协作Petri网的可容错柔性小件装配控制方法。
背景技术
:面向复杂小件装配与流程控制方法是自动化制造控制工程领域的热点与难点之一。2008年,F.S.Hsieh等人建立面向组件装配的Petri网模型,分析复杂机械构件组装和拆卸过程,使得整个系统运行过程出现原料供给失败时的容错性和鲁棒性得到有效的提高。2010年,J.Huang等人对电子线路插口连接装配过程进行分析,提出了一种电子装置组装方法,使得装配系统可以完成电子电路多条传输线的端口对接。2011年,D.J.Cappelleri等人运用海森模型分析和解决中小尺寸零件装配过程,使得机械手可以完成小钉入孔的装配工作。2012年,A.N.Das等人提出了多尺度装配打包系统模型(MASP),分析了机器人装配的整个过程,使得机器人可以完成对产品多自由度装配工作。2014年,C.W.Chou等人就LCD装配过程,提出多目标混合遗传算法(MO-HGA),使得TFT-LCD液晶屏晶体单元的排序装配过程可以同时生产满足不同用户要求的LCD屏幕。2015年,H.P.Chen等人在高斯回归算法(GPR)的基础上提出高斯过程回归贝叶斯优化算法(GPRBOA),对控制参数进行学习,从而克服了机器人准确数学模型难以获得和已有工业机器人效率低的缺点。M.L.Wang等人运用协作动态控制算法,统一该控制方法的三种模式:独立模式、依赖模式、半依赖模式,控制冗余双臂机器人的运动方式和所需的力的大小,使双臂机器人更好地运用工程装配之中。通过对上述关键问题的研究概况综述发现,当前国内外尚未有关于可容错柔性小件装配方法方面的研究报道。因此,提出一种基于可协作Petri网的可容错柔性小件装配控制方法是非常有必要的。技术实现要素:为了克服已有小件装配控制方法的工作柔性较差、无控制可容错性的不足,本发明提供了一种工作柔性较好、控制可容错性的基于可协作Petri网的可容错柔性小件装配控制方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于可协作Petri网的可容错柔性小件装配控制方法,所述方法包括如下步骤:①给出Petri网模型一般性数学定义,即一个四元素表达式,G=(P,T,W,m0),其中,P表示全部的场地限制元素,T表示产品调度的限制因素,W表示生产场地与产品调度的关系(P×T)∪(T×P)→{0,1},m0为整个系统的初始状态信息:P→Z|P|,Z是一个非负整数;基于上述定义,给出生产流程任务节拍逻辑序列分支与原料组合任务节拍逻辑分支,即所谓的子产品Petri网与原料流Petri网;②将对于每一个子产品的Petri网工作流描述为一个开链、非循环的Petri网工作流其中,是指单输入单输出的结点,是指只有输入没有输出的结点,是指只有输出没有输入的结点,且③基于成本最小原则,结合队列组合优化方法,给出可容纳多种子产品装配目标的生产事件优化组合流程,实现过程如下:将不同子产品之间的Petri网工作流进行组合、连接;定义||表示子产品组合,给定两个Petri网:G1=(P1,T1,W1,m10)和G2=(P2,T2,W2,m20),G1||G2=(P,T,W,m0),上述表达式中:P=P1∪P2,T=T1∪T2(1)W(p,t)=W1(p,t)p∈P1,t∈T1W2(p,t)p∈P2,t∈T2---(2)]]>T(p,t)=T1(t,p)p∈P1,t∈T1T2(t,p)p∈P2,t∈T2---(3)]]>m0(p)=m10(p),p∈P1m20(p),p∈P2---(4)]]>其中,W(p,t)表示装配工作流环节,p表示结点位置变量,m表示原料流变量,t表示时间因子;考虑上述操作,不同的子产品Petri网组合完成不同的装配协作流程控制任务,并完成不同的目标产品任务;④将装配系统原料供给失败、装配执行动作不到位对系统的影响用容错尺度函数F(C)来表征,F(C)包含可协作Petri网的过渡环节用Δ(mc)来表示某一环节原料供给失败,δ表示工料失败对系统的干扰,在整个过程的某处p出现原料供给失败表示为在p处减少δ(p)>0;通过并行路径执行与单步回退方法修正生产流程错误,控制Δ(mc)的大小,使得F(C)在其值域内取到最大值,则可有效保证装配系统的鲁棒性。本发明的技术构思为:针对小件机电产品组装和拆卸过程特点与工艺要求,建立了考虑装配执行协作过程的Petri网模型。基于上述模型,针对不同的生产任务需求,给出生产流程任务节拍逻辑序列分支与原料组合任务节拍逻辑分支,即所谓的子产品Petri网与原料流Petri网;基于成本最小原则,结合队列组合优化方法,给出可容纳多种子产品装配目标的生产事件优化组合流程,满足生产任务的柔性需求。根据小件机电产品装配系统组装工作时出现原料供给失败、装配执行动作不到位对整个子组件组装系统的运行过程的容错性和生产效率的影响,通过并行路径执行与单步回退方法修正生产流程错误,使得整个系统运行过程出现流程故障时的容错性和鲁棒性得到有效保证。本发明的有益效果主要表现在:1)可容纳多种子产品装配目标的生产事件优化组合流程,满足生产任务的柔性需求。2)通过并行路径执行与单步回退方法修正生产流程错误,使得整个系统运行过程出现流程故障时的容错性和鲁棒性得到有效保证。附图说明图1是柔性可容错小件装配Petri网模型的示意图,其中,四个粗椭圆包含容错辅助通道,两个细椭圆为并行协作通道。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图1,一种基于可协作Petri网的可容错柔性小件装配控制方法,针对小件机电产品组装和拆卸过程特点与工艺要求,建立了考虑装配执行协作过程的Petri网模型,如附图1所示。基于上述模型,针对不同的生产任务需求(型号、规格等),给出生产流程任务节拍逻辑序列分支与原料组合任务节拍逻辑分支,即所谓的子产品Petri网与原料流Petri网。基于成本最小原则,结合队列组合优化方法,给出可容纳多种子产品装配目标的生产事件优化组合流程,满足生产任务的柔性需求;根据小件机电产品装配系统组装工作时出现原料供给失败、装配执行动作不到位对整个子组件组装系统的运行过程的容错性和生产效率的影响,通过并行路径执行(见附图1)与单步回退方法修正生产流程错误,使得整个系统运行过程出现流程故障时的容错性和鲁棒性得到有效保证。考虑装配执行协作过程的Petri网模型,其主体技术路线为:利用工作流Petri网代替装配目标子产品从属关系Petri网的每一个子产品结点,将工作流Petri网模型与原料流Petri网模型相结合,如附图1所示,所涉及的处理步骤如下:①给出Petri网模型一般性数学定义,即一个四元素表达式,G=(P,T,W,m0)。上述表达式中,P表示全部的场地限制元素,T表示产品调度的限制因素,W表示生产场地与产品调度的关系(P×T)∪(T×P)→{0,1},m0为整个系统的初始状态信息:P→Z|P|,Z是一个非负整数。②将对于每一个子产品的Petri网工作流描述为一个开链、非循环的Petri网工作流上述表达式中,是指单输入单输出的结点,是指只有输入没有输出的结点,是指只有输出没有输入的结点,且③考虑装配执行过程的可协作性与工作柔性,将不同子产品之间的Petri网工作流进行组合、连接;定义||表示子产品组合,给定两个Petri网:G1=(P1,T1,W1,m10)和G2=(P2,T2,W2,m20),G1||G2=(P,T,W,m0)。上述表达式中:P=P1∪P2,T=T1∪T2(1)W(p,t)=W1(p,t)p∈P1,t∈T1W2(p,t)p∈P2,t∈T2---(2)]]>T(p,t)=T1(t,p)p∈P1,t∈T1T2(t,p)p∈P2,t∈T2---(3)]]>m0(p)=m10(p),p∈P1m20(p),p∈P2---(4)]]>其中,W(p,t)表示装配工作流环节,p表示结点位置变量,m表示原料流变量,t表示时间因子。考虑上述操作,不同的子产品Petri网组合,可完成不同的装配协作流程控制任务,并完成不同的目标产品任务,体现装配过程的可协作性与生产任务柔性。④考虑装配过程的可容错性,将装配系统原料供给失败、装配执行动作不到位对系统的影响用容错尺度函数F(C)来表征。F(C)其中包含可协作Petri网的过渡环节用Δ(mc)来表示某一环节原料供给失败,δ表示工料失败对系统的干扰,在整个过程的某处p出现原料供给失败可表示为在p处减少δ(p)>0;通过并行路径执行与单步回退方法修正生产流程错误,控制Δ(mc)的大小,使得F(C)在其值域内取到最大值,则可有效保证装配系统的鲁棒性。基于上述处理步骤,本实施例以低压空气开关为对象,给出了一个控制流程实例,具体内容如下:如附图1所示,椭圆部分代表每一个产品子组件,用hi表示,由图可知一共存在10个子组件。h1为低压电器电源模块的原料组件,不存在输入输出到p1结点p1完成电源管理芯片及其最小系统的装配;h2为低压电器的主控部分的原料组件,不存在输入输出到p2结点p2工作节点完成主控芯片及其最小系统的装配。对于h3完成电器控制部分的装配,输入为p1,p2两个结点p3信号驱动芯片的装配,p5隔离光耦的装配,p6外围执行继电器的装配,p4电源的过流保护部分的装配,p7开关变压器装配,p8电源电路装配,p9完成主控模块与供电模块的连接。对于h4完成信号采集部分的装配,输入为p1,p2两个结点p10运算放大器供电芯片装配,p11供电芯片的外围电子元件的装配,p12运算放大电路的装配,p13传感器的装配,p14采集模块与电源连接。h5电器外壳成型单元,p16塑料颗粒注入,p17外壳压制成型。h6外部输出接口装配。h5、h6输出到结点p20完成机壳与外部接口的装配。当h3、h4、h3、h6等子组件模块搭建成功,就可以通过不同的组合方式装配出适应不同用户要求的产品。h3、h4经过结点P15可以直接装配出无机壳的低压电器产品h7,h8和h9两个装配过程则通过不同应用环境装配不同品级的低压电器产品,最后三种不同需求的产品通过结点P27进入h10完成打包装箱。最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然,本发明不限于以上实施例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
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