基于uwb的離散制造車間物料配送小車控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種物流技術(shù)，尤其是一種單件或小批量離散制造車間中物料配送技術(shù)，具體地說是一種基于UWB的離散制造車間物料配送小車控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在離散制造車間中，生產(chǎn)過程通常被分解成很多加工任務(wù)。每項任務(wù)僅需要少量的加工資源。企業(yè)內(nèi)部一般將功能類似的設(shè)備按照空間和行政管理建成一些生產(chǎn)組織(部門、工段或小組)。在生產(chǎn)組織內(nèi)部，工件需要從一個工作中心到另一個工作中心進(jìn)行不同類型的工序加工。在離散制造中，加工工藝路線和設(shè)備的使用非常靈活，需要根據(jù)工藝流程合理安排生產(chǎn)設(shè)備的位置，使物料的傳輸距離最小。
[0003]離散制造車間中，物料配送通常有兩種方式:一種為人工配送，一種為AGV配送。人工配送即工人操作專門的物料車進(jìn)行物料配送，如果缺乏統(tǒng)一的調(diào)度規(guī)劃，極易造成物料配送的擁堵滯后；同時在混合生產(chǎn)過程中，物料種類繁多，配送路徑復(fù)雜多變，人工配送極易造成物料丟失以及配送錯誤。AGV配送即使用AGV作為物料配送工具，目前AGV的常用的導(dǎo)引方式主要有電磁導(dǎo)引以及磁帶導(dǎo)引。使用時需要在離散車間地面鋪設(shè)金屬線或磁帶，AGV沿鋪設(shè)的金屬線或磁帶運動，自動化程度高，但此類AGV運動路徑很難更改擴(kuò)展，對復(fù)雜路徑的局限性很大，靈活性差，一旦生產(chǎn)工藝路線變化，將很難完成離散制造車間物料配送。
[0004]目前離散制造車間使用的物料配送方法，常常造成離散制造車間物料配送不及時、配送錯誤、物料丟失，影響生產(chǎn)節(jié)拍，打亂正常的生產(chǎn)流程，成為制約離散制造發(fā)展的一個重要因數(shù)。
[0005]超寬帶技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，為離散制造車間物料配送小車的實時定位提供了有效的技術(shù)支持，使離散制造車間物料實時配送成為可能。超寬帶技術(shù)通過對很陡的上升和下降時間的沖擊脈沖進(jìn)行直接調(diào)制，使信號具有GHz量級的帶寬，具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低、以及能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點。英國劍橋大學(xué)研制的超寬帶實時定位系統(tǒng)已經(jīng)用于英國Sellafied核電站，為員工提供定位服務(wù)；唐恩科技已將UWB技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)人員的定位，倉儲定位管理系統(tǒng)，生產(chǎn)自動化輔助系統(tǒng)。但如何使用UWB技術(shù)實現(xiàn)離散制造車間物料配送小車實時定位，通過實時坐標(biāo)對物料配送小車進(jìn)行引導(dǎo)，從而實現(xiàn)離散制造車間物料配送的實時化、柔性化、可視化是提高離散制造車間物流配送效率和精度的當(dāng)務(wù)之急。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于現(xiàn)有的離散車間物流配送依賴于AGV小車而造成配送靈活性差，配送布線復(fù)雜的問題，提供一種基于超寬帶技術(shù)的離散制造車間物料配送系統(tǒng)。通過對離散制造車間布局進(jìn)行簡化提取形成車間布局模塊，使用超寬帶技術(shù)實現(xiàn)對物料配送小車的實時定位，上位機(jī)模塊通過實時坐標(biāo)實現(xiàn)對物料配送小車的實時定位和軌跡追蹤，同時可選擇不同的運動控制模式來完成不同的物料配送任務(wù)，最終實現(xiàn)離散制造車間物料配送的實時化、柔性化、可視化。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種基于UWB的離散制造車間物料配送小車控制系統(tǒng)，其特征是它包括:
一車間布局模塊；該車間布局模塊由離散制造車間布局簡化提取，是對整個離散制造車間布局的映射，它包括若干個基本區(qū)域，每個區(qū)域至少安裝一個RFID閱讀器，用于識別物料信息并進(jìn)行上傳；
一上位機(jī)模塊；該上位機(jī)模塊與物料配送小車進(jìn)行實時通信，向物料配送小車發(fā)送運動控制指令和物料配送小車的實時坐標(biāo)信息，控制物料配送小車的運動，并實時顯示物料配送小車的位置信息和運動軌跡；
至少一臺物料配送小車；該物料配送小車在上位機(jī)模塊的控制下將物送輸送到車間布局模塊中對應(yīng)的基本區(qū)域；
一實時定位模塊；該實時定位模塊將實時定位坐標(biāo)系、車間布局坐標(biāo)系和物料配送小車運動坐標(biāo)系三者形成一個統(tǒng)一的坐標(biāo)系，為物料配送小車的實時定位和軌跡追蹤提供技術(shù)支持；所述的實時定位模塊以Ubisnese系統(tǒng)硬件為底層平臺，以安裝在中的至少3個Ubisense讀寫器來接收物料配送小車上安裝的定位標(biāo)簽發(fā)射的UWB信號，并上傳該UWB信號到Ubi sense定位弓丨擎平臺，通過AOA和TDOA算法計算出所述的定位標(biāo)簽的坐標(biāo)；上位機(jī)模塊通過訪問Ubisense定位引擎平臺，獲得物料配送小車的實時位置信息，再通過上位機(jī)模塊中的電子地圖模塊可視化整個物料配送過程。
[0008]所述的車間布局模塊包括8個基本區(qū)域，分別為物料區(qū)、車床區(qū)、銑床區(qū)、刨床區(qū)、磨床區(qū)、鉗工區(qū)、質(zhì)檢室和成品區(qū)，通過統(tǒng)一的坐標(biāo)系標(biāo)定每個基本區(qū)域特征點的坐標(biāo)；每個基本區(qū)域安裝一個RFID閱讀器，當(dāng)有相配的標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器范圍時，閱讀器讀取該標(biāo)簽的ID號，識別該標(biāo)簽對應(yīng)的物料，并將物料信息傳送給上位機(jī)模塊，上位機(jī)模塊中的電子地圖模塊將在相應(yīng)工位顯示小車所配送的物料。
[0009]所述上位機(jī)模塊包含上位機(jī)通信模塊、調(diào)速模塊、運動控制模塊、任務(wù)配送模塊、收發(fā)顯示模塊和電子地圖模塊；電子地圖模塊與車間布局模塊使用統(tǒng)一的坐標(biāo)系，與基本區(qū)域的特征點一一對應(yīng)，上位機(jī)模塊通過電子地圖模塊實時顯示物料配送小車的坐標(biāo)信息和運動軌跡，當(dāng)小車到達(dá)相應(yīng)工位時，電子地圖模塊將在相應(yīng)工位顯示小車配送物料；上位機(jī)模塊通過上位機(jī)通信模塊與物料配送小車上的小車通信模塊建立通信，向物料配送小車發(fā)送運動控制指令和實時坐標(biāo)信息；運動控制模塊和任務(wù)配送模塊用于實現(xiàn)物料配送小車不同運動形式的控制，完成不同形式的物料配送任務(wù)；收發(fā)顯示模塊用于顯示上位機(jī)模塊和物料配送小車通信數(shù)據(jù)量以及當(dāng)前通信數(shù)據(jù)。
[0010]所述物料配送小車包含運動控制模塊、小車通信模塊、避障模塊和UWB有源定位標(biāo)簽；物料配送小車通過運動控制模塊實現(xiàn)自身的啟動、停止、直行、轉(zhuǎn)向，通過小車通信模塊獲得上位機(jī)模塊發(fā)送的運動控制指令和實時坐標(biāo)信息，通過避障模塊防止物料配送小車的意外碰撞；物料配送小車攜帶的UWB有源定位標(biāo)簽與實時定位模塊一起實現(xiàn)物料配送小車的實時定位與追蹤。
[0011]所述的實時定位模塊以Ubisnese系統(tǒng)硬件為底層平臺，在車間4個角用支架安裝4個Ubisense讀寫器，用于接收UWB有源定位標(biāo)簽發(fā)射的UWB信號，并上傳該UWB信號到Ubisense定位引擎平臺，通過AOA和TDOA算法計算出UWB有源定位標(biāo)簽的坐標(biāo)；上位機(jī)模塊通過訪問Ubisense定位引擎平臺，獲得物料配送小車的實時位置信息，通過上位機(jī)模塊中的電子地圖模塊可視化整個物料配送過程。
[0012]所述的上位機(jī)通信模塊和小車通信模塊均為ZigBee無線通信模塊。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
O本發(fā)明通過Ubisense定位系統(tǒng)，實現(xiàn)了離散制造車間物料配送小車準(zhǔn)確的實時定位和追足示。
[0014]2)本發(fā)明采用實時坐標(biāo)對物料配送小車進(jìn)行導(dǎo)引和運動控制，物料配送小車運動路徑靈活性大大提尚。
[0015]3)本發(fā)明上位機(jī)模塊可設(shè)計在不同的運動控制模塊，能完成不同類型的物料配送任務(wù)，很好的適應(yīng)離散制造車間的物料配送需求。
[0016]4)本發(fā)明上位機(jī)模塊帶有電子地圖模塊，能實時顯示物料配送小車的位置信息和運動軌跡，有利于整個物料配送過程的監(jiān)控。
[0017]5)本發(fā)明在每個基本功能區(qū)域放置一個RFID讀寫器，能夠有效地識別進(jìn)入該區(qū)域的物料種類，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中物料的追蹤。
[0018]本發(fā)明配置靈活，無需在離散車間地面鋪設(shè)金屬線或磁帶。運動路徑更改擴(kuò)展方便，尤其適用于復(fù)雜路徑的規(guī)劃，靈活性好，不論生產(chǎn)工藝路線如何變化，都能很好地完成離散制造車間的物料配送。
[0019]本發(fā)明可以有效提升離散制造車間物料配送的柔性化；實時顯示物料配送小車的位置和運動軌跡，可視化物料配送過程；每個基本功能區(qū)域通過RFID閱讀器識別物料種類，實現(xiàn)物料追蹤；對于離散制造車間有很高的推廣價值。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的總體體系結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的車間布局模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖3是本發(fā)明的上位機(jī)操作界面圖。
[0023]圖4是本發(fā)明的物料配送小車電路圖。
[0024]圖5是本發(fā)明的物料配送小車程序流程圖。
[0025]圖6是本發(fā)明的Ubisense系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0026]
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0028]如圖1-6所示。
[0029]一種基于UWB的離散制造車間物料配送小車控制系統(tǒng)，它包括車間布局模塊、上位機(jī)模塊、物料配送小車和實時定位模塊，如圖1所示。車間布局模塊由8個基本功能區(qū)域組成，如圖2所示，分別是物料區(qū)、車床區(qū)、銑床區(qū)、刨床區(qū)、磨床區(qū)、鉗工區(qū)、質(zhì)檢室和成品區(qū)，每個基本功能區(qū)域特征點坐標(biāo)由統(tǒng)一的坐標(biāo)系標(biāo)定，同時每個基本功能區(qū)域放置一個RFID閱讀器，用于檢測該區(qū)域是否有物料送達(dá)以及配送物料的種類；上位機(jī)模塊包括通信模塊、調(diào)速模塊、運動控制模塊、任務(wù)配送模塊、收發(fā)顯示模塊、電子地圖模塊，它用于物料配送小車的實時定位、軌跡追蹤、運動控制、路徑規(guī)劃，并實時顯示物料配送小車整個物料配送過程；物料配送小車包括運動控制模塊、通信模塊、避障模塊、定位標(biāo)簽，它是整個系統(tǒng)的運動執(zhí)行部分，執(zhí)行上位機(jī)模塊的運動指令，完成整個物料配送過程；實時定位模塊是物料配送小車實時