一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统及方法与流程

本发明属于纺织业自动控制技术领域，具体涉及一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统及方法。

背景技术：

目前，在中小型纺织企业,仍采用人工落纱方式，即将满纱管从细纱机的锭子上拔下并换上空纱管；落纱工的劳动强度大，效率低，浪费了太多的人力；落纱工需常年工作在高强度的劳动中，容易对身体造成损伤，所以，智能落纱机的研制,对纺织厂提高生产效率，降低工人劳动强度，提高生产的自动化、连续化具有重要意义。随着纺织原材料的价格上涨，能源短缺，劳动力成本的上涨，智能落纱机能很好的提高劳动效率，必将成为未来的发展趋势。

agv(automatedguidedvehicle，自动导航运输车)是在生产车间进行物料运输的一种配送工具，能够沿铺设的磁条导引路径行驶，工业应用中无需驾驶员的搬运车，以可充电的蓄电池为其动力来源。

agv系统的控制是由上位机调度系统、agv车载控制系统和无线通信系统协作完成的，多agv同时执行任务时，需要采用一定的控制策略来防止agv之间发生碰撞，而过于繁琐的调度方案不利于确保系统的可靠性和运行效率。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统及方法，控制agv自动执行落纱、插管、纱管输送的工艺环节，并且能够避免agv之间相互碰撞，减少劳动力，提高效率。

本发明采用如下技术方案：

一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统，包括上位机、agv和落纱机器人，所述上位机包括上位机控制器、通信模块、地图建模模块、agv调度模块、生产状态监控模块、任务管理模块和数据存储模块；所述上位机控制器分别连接所述通信模块、地图建模模块、agv调度模块、生产状态监控模块、任务管理模块和数据存储模块，所述通信模块连接agv和落纱机器人；

所述通信模块用于上位机和下位机的实时信息交互；所述地图建模模块同步地面铺设的磁条轨道绘制拓扑图，用于agv的路径的规划；所述agv调度模块用于管理和监控agv运行参数，实时做出调度决策；所述生产状态监控模块用于实时监控纺纱机状态和agv的位置、速度、运行方向、通信、电量和状态信息；所述任务管理模块用于提供执行任务的agv标识，任务阶段优先级和启动、停止、取消任务的时间；所述数据存储模块用于对地图信息、任务管理信息、生产记录信息进行实时数据存储。

进一步地，所述通信模块包括交换机、无线信号收发模块、io模块；所述上位机控制器连接所述交换机，所述交换机分别连接所述io模块及无线信号收发模块，所述无线信号收发模块还连接所述agv和落纱机器人，所述io模块通过传感器连接纺纱机。

进一步地，所述agv的数量为多个，所述每个agv自身安装防碰撞传感器，所述交换机的型号为eki-2528，所述无线信号收发模块为无线ap，所述无线ap安装在纺纱机上方，所述无线ap每30m安装一个。

进一步地，所述地面铺设的磁条轨道路口安装有rfid卡，所述agv底部安装用于扫描rfid卡的射频识别模块，所述地图建模模块通过agv扫描rfid卡确定agv的位置。

进一步地，所述agv调度模块通过比较agv进行路线的交汇点的交汇时间是否一致来判断agv是否发生碰撞，当agv在交汇点的交汇时间重合时，根据小车正在执行的任务阶段的优先级，将优先级低的agv进行暂停或避让；所述agv调度模块还包括充电指示单元，当检测到agv的电量小于阈值，发出充电信号。

一种纺织机器人上位机智能落纱控制方法，包括：

上位机控制器通过io模块获得纺纱机满的传感器信号，生成一个新的任务放入先入先出的任务队列中；

上位机控制器通过agv调度模块派遣空闲的agv从任务队列中取出任务去执行，其中，每个agv分别开启一个新的线程去执行任务；

生产状态监控模块监控agv的电量是否充足，若不充足，则行驶至充电区充电，若充足，则agv从停靠区行驶到纺纱满的纺纱机端子处，起点为agv停靠位置，终点为纺纱机端子位置，同时生产状态监控模块监控agv的位置并更新拓扑图中agv的位置，任务管理模块更新agv的状态为第一阶段；

agv从纺纱机端子处沿纺纱机行驶，落纱机器人实施落纱，同时与agv进行通信，任务管理模块更新agv的状态为第二阶段，生产状态监控模块监控agv的位置并更新拓扑图中agv的位置，agv运载落纱机器人同步前进直至落纱完成，然后发传感信号通知上位机控制器落纱完成；

agv运载满纱管从纺纱机完成的端子处行驶至卸货区，起点是纺纱机完成的端子处，终点是卸货区，同时生产状态监控模块监控agv的位置并更新拓扑图中agv的位置，任务管理模块更新agv的状态为第三阶段；

人工卸货，卸货完成的传感信号通知上位机控制器，上位机控制器控制agv回到停靠区，起点为卸货区，终点为agv停靠区，同时更新拓扑图中agv的位置，更新agv的状态为第四阶段；其中，上位机控制器通过生产状态监控模块监控agv的电量，当电量低于阈值时，上位机控制器控制agv回到充电区，此时起点为卸货位置，终点为充电区；

agv回到停靠区，同时状态更新为空闲。

进一步地，所述agv从停靠区行驶到纺纱机端子处、avg从纺纱机完成的端子处行驶到卸货区、agv从卸货区回到停靠区或agv从卸货区回到充电区中，上位机控制器根据dijstra算法规划出每段的最短行驶路径。

进一步地，所述上位机控制器通过agv调度模块派遣空闲的agv从任务队列中取出任务去执行，其中，每个agv分别开启一个新的线程去执行任务，包括：

当多个agv同时执行任务时，agv调度模块对即将发生碰撞的多个agv进行优先级从高到低排序，并依次放入队列中，其中，优先级为第一阶段>第二阶段>第三阶段>第四阶段，agv根据正在执行的任务阶段确定自己当前的优先级；

从队列头依次取出两个优先级高的agv，优先级高的agv继续执行任务，优先级低的agv进行暂停或避让；

继续从队列头取出一个agv，与上一步中优先级低的agv比较，优先级高的执行任务；

依次取出队列中的agv进行比较，直至队列为空。

本发明的有益效果为：

(1)通信模块负责上位机和agv、落纱机器人之间的实时信息交互，便于上位机控制器对agv和落纱机器人的控制以实现整个工艺环节的自动化控制过程。

(2)地图建模模块会构建与实际地图同步的模拟地图，实时显示agv的位置信息，使得系统可以远程监控agv的实际位置。

(3)agv调度模块管理和监控多个agv的相关运行参数，实时做出调度决策进行交通管制，可以避免多agv之间发生碰撞。

(4)系统周期性读取生产状态监控模块实时监控的agv的位置、速度、运行方向、状态、通信、电量信息，并实时显示在运行线路图和状态表中，agv出现异常和故障时，还会及时做出报警，实现对整个agv系统的实时监控和管理。

(5)任务管理模块会对执行任务的agv标识，任务开始及结束时间，任务状态等信息进行实时的监控，同时将任务信息记录在数据库中。

(6)数据存储模块对地图信息、任务管理信息、生产记录信息进行实时数据存储，便于后续的查询及使用。

附图说明

图1为本发明一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统的结构示意图。

图2为本发明中通信模块的结构示意图。

图3为本发明一种纺织机器人上位机智能落纱控制方法的流程示意图。

附图中，上位机控制器1、通信模块2、交换机21、无线信号收发模块22、io模块23、传感器24、地图建模模块3、agv调度模块4、生产状态监控模块5、任务管理模块6、数据存储模块7、agv8、落纱机器人9、纺纱机10。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种纺织机器人上位机智能落纱控制系统，包括上位机、多个agv、落纱机器人，上位机包括上位机控制器1、通信模块2、地图建模模块3、agv调度模块4、生产状态监控模块5、任务管理模块6和数据存储模块7；上位机控制器1分别连接通信模块2、地图建模模块3、agv调度模块4、生产状态监控模块5、任务管理模块6和数据存储模块7，通信模块2连接agv和落纱机器人；

如图2所示，通信模块2包括交换机21、无线信号收发模块22、io模块23；上位机控制器1连接交换机21，交换机21分别连接io模块23及无线信号收发模块22，无线信号收发模块22还连接agv和落纱机器人，io模块23通过传感器24连接纺纱机。每个agv自身安装防碰撞传感器，当检测到前方有障碍物时，会自动暂停；当障碍物移开后，agv会继续执行任务。交换机21的型号为eki-2528，无线信号收发模块22为无线ap，无线ap安装在纺纱机上方，无线ap每30m安装一个。

在地面还铺设的有磁条轨道路口安装有rfid卡，agv底部安装用于扫描rfid卡的射频识别模块，地图建模模块3通过agv扫描rfid卡确定agv的位置。agv调度模块4通过比较agv进行路线的交汇点的交汇时间是否一致来判断agv是否发生碰撞，当agv在交汇点的交汇时间重合时，根据小车正在执行的任务阶段的优先级，将优先级低的agv进行暂停或避让；agv调度模块4还包括充电指示单元，当检测到agv的电量小于阈值，发出充电信号。地图建模模块3还可以编辑地图的顶点、边及权值与实际站点的rfid卡、卡之间铺设的磁条及其距离一一对应，并将地图信息存储在xml文件和数据库中，下次打开地图时可直接读取xml文件获取地图信息。

本发明中纺纱机与纺纱机之间的距离只能容纳一台agv进入，当agv离开某区域时，其他agv才允许进入该区域。

通信模块2用于上位机和下位机的实时信息交互；地图建模模块3同步地面铺设的磁条轨道绘制拓扑图，用于agv的路径的规划；agv调度模块4用于管理和监控agv运行参数，实时做出调度决策；生产状态监控模块5用于实时监控纺纱机状态和agv的位置、速度、运行方向、通信、电量和状态信息；任务管理模块6用于提供执行任务的agv标识，任务阶段优先级和启动、停止、取消任务的时间；数据存储模块7用于对地图信息、任务管理信息、生产记录信息进行实时数据存储。

如图3所示，本发明还提供了一种纺织机器人上位机智能落纱控制方法，具体如下：

第一步：上位机控制器1通过io模块23获得纺纱机满的传感器信号，生成一个新的任务放入先入先出的任务队列中。

第二步：上位机控制器1通过agv调度模块4派遣空闲的agv从任务队列中取出任务去执行，其中，每个agv分别开启一个新的线程去执行任务。

当多个agv同时执行任务时，由于执行任务的路线相同，有可能会有碰撞的情况发生，此时，agv调度模块4执行以下步骤：

步骤1：agv调度模块4对即将发生碰撞的多个agv进行优先级从高到低排序，并依次放入队列中，其中，优先级为第一阶段＞第二阶段＞第三阶段＞第四阶段，agv根据正在执行的任务阶段确定自己当前的优先级。

步骤2：从队列头依次取出两个优先级高的agv，优先级高的agv继续执行任务，优先级低的agv进行暂停或避让。

步骤3：继续从队列头取出一个agv，与上一步中优先级低的agv比较，优先级高的执行任务，优先级低的进行暂停或避让。

步骤4：依次取出队列中的agv进行比较，直至队列为空。

第三步：生产状态监控模块5监控agv的电量是否充足，若不充足，则行驶至充电区充电，若充足，则agv从停靠区行驶到纺纱满的纺纱机端子处，起点为agv停靠位置，终点为纺纱机端子位置，上位机控制器1根据dijstra算法规划出每段的最短行驶路径，同时生产状态监控模块5监控agv的位置并更新拓扑图中agv的位置，任务管理模块6更新agv的状态为第一阶段。

第四步：agv从纺纱机端子处沿纺纱机行驶，落纱机器人实施落纱，同时与agv进行通信，任务管理模块6更新agv的状态为第二阶段，生产状态监控模块5监控agv的位置并更新拓扑图中agv的位置，agv运载落纱机器人同步前进直至落纱完成，然后发传感信号通知上位机控制器1落纱完成。

第五步：agv运载满纱管从纺纱机完成的端子处行驶至卸货区，起点是纺纱机完成的端子处，终点是卸货区，上位机控制器1根据dijstra算法规划出每段的最短行驶路径，同时生产状态监控模块5监控agv的位置并更新拓扑图中agv的位置，任务管理模块6更新agv的状态为第三阶段。

第六步：人工卸货，卸货完成的传感信号通知上位机控制器1，上位机控制器1控制agv回到停靠区，起点为卸货区，终点为agv停靠区，上位机控制器1根据dijstra算法规划出每段的最短行驶路径，同时更新拓扑图中agv的位置，更新agv的状态为第四阶段；其中，上位机控制器1通过生产状态监控模块5监控agv的电量，当电量低于阈值时，上位机控制器1控制agv回到充电区，此时起点为卸货位置，终点为充电区

第七步：agv回到停靠区，同时状态更新为空闲。

与现有技术相比，本发明构建了集agv、自动落纱机器人于一体的子母式复合机器，通过控制系统实现落纱、插管、纱管输送等工艺环节的自动化生产，并且能够避免agv之间相互碰撞，减少劳动力，提高效率。

本发明的有益效果为：

(1)通信模块负责上位机和agv、落纱机器人之间的实时信息交互，便于上位机控制器1对agv和落纱机器人的控制以实现整个工艺环节的自动化控制过程。

(2)地图建模模块会构建与实际地图同步的模拟地图，实时显示agv的位置信息，使得系统可以远程监控agv的实际位置。

(3)agv调度模块管理和监控多个agv的相关运行参数，实时做出调度决策进行交通管制，可以避免多agv之间发生碰撞。

(4)系统周期性读取生产状态监控模块实时监控的agv的位置、速度、运行方向、状态、通信、电量信息，并实时显示在运行线路图和状态表中，agv出现异常和故障时，还会及时做出报警，实现对整个agv系统的实时监控和管理。

(5)任务管理模块会对执行任务的agv标识，任务开始及结束时间，任务状态等信息进行实时的监控，同时将任务信息记录在数据库中。

(6)数据存储模块对地图信息、任务管理信息、生产记录信息进行实时数据存储，便于后续的查询及使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。