本发明涉及一种基于专家库的装配生产线智能控制系统，属于自动化生产线控制领域。
背景技术：
飞机舱盖与飞机机身采用螺栓连接的方式进行连接，连接处有大量的螺栓孔位，需要多个螺栓进行连接，国内大部分工厂普遍采取的做法是通过人工进行螺栓拧紧，每个工人根据工作经验选择安装顺序，使用扭矩扳手按照装配要求进行螺栓拧紧，全部安装完成后在进行螺栓扭矩检测，调整细节。由于装配孔位较多，且装配要求较高，检测较为严谨，工人的劳动强度大，智能化程度低。
针对上述存在问题，我们通过现场总线把协作机器人、螺丝机、视觉识别到单元、检测单元、其他的现场设备连成一个控制网络来实现装配生产线的自动化控制和在线监控。在螺栓的装配过程中采用智能控制技术，对装配进展，装配情况进行在线监测，获取装配过程的状态信息。在此基础上，针对实时工况变化采用智能化方法对装配过程进行自主学习及决策控制，实现装配过程的智能决策和自主控制，最大限度地提高装配质量、装配效率，减少或者避免不必要的损失，降低装配作业成本。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述问题，提供一种提高装配质量和智能化程度比较高的装配生产线智能控制系统。
本发明采用的技术方案为一种装配生产线智能控制系统，该生产线智能控制系统包括专家库(1)、上位机(2)、机器人(3)、螺丝机(4)、检测单元(5)、驱动单元(6)、视觉识别单元(7)、送钉机(8)、智能装配单元(9)等。
其中机器人(3)、螺丝机(4)、检测单元(5)、驱动单元(6)、视觉识别单元(7)、送钉机(8)组成智能装配生产线。
上位机(2)通过以太网与机器人(3)、检测单元(5)、驱动单元(6)连接、通过串行通信接口与螺丝机(4)连接、通过通用串行总线与视觉识别单元连接。机器人(3)通过硬接线的方式与螺丝机(4)、送钉机(8)进行连接。
专家库(1)中存储不同的装配方案，以上位机中选择不同的装配方案以及视觉识别装置识别出的现场装配工况作为条件，智能选择或生成适合的装配方案，进行装配作业。
上位机(2)实现系统中各单元的智能控制，通过上位机软件，实现机器人(3)、螺丝机(4)、检测单元(5)、驱动单元(6)、视觉识别单元(7)的实时控制与数据采集，使各单元协调作业。
机器人(3)用于移动螺丝机(4)，螺丝机(4)固定于机器人(4)末端，作为机器人末端执行装置，根据上位机(1)所发出的工位指令，移动机器人末端位置，保证螺丝机(4)对准螺栓孔位。机器人(4)到位后，通知送钉机(8)送钉，通知螺丝机(4)进行螺丝拧紧。
检测单元(5)用于检测装配作业完成后，工件发生的形变。检测单元由多个位移传感器组成，通过位移传感器的检测数据，判断工件形变。
驱动单元(6)实现检测单元(5)的移动，当需要检测单元(5)工作时，将其移动到工作位置，工作结束后，返回待定区域。
视觉识别单元(7)用于确定工件上螺丝孔的位置、个数。通过视觉识别装置采集到的基本信息，通过上位机(2)软件的算法计算，得到工件的位置信息。
装配生产线控制系统连接方式如下：
所述上位机(2)配有以太网接口、串行接口、usb接口，通过tcp/ip协议与机器人(3)、检测单元(5)、驱动单元(6)连接，通过通用串行总线(usb)与视觉识别单元(7)连接、通过串口通讯协议与螺丝机(4)连接。采用窗体应用程序对机器人(3)、螺丝机(4)、检测单元(5)、驱动单元(6)、视觉识别单元(7)、送钉机(8)等现场设备进行监控，通过访问数据库来实时显示现场设备的运行状态和其余外部传感器信息，带有实时报警和提示功能，可以打印和查询历史数据。
所述螺丝机(4)与送钉机(8)通过硬接线的方式与机器人(3)相连。
装配生产线控制流程如下：
智能控制系统根据现场的工艺要求和控制要求来设计，智能装配单元(9)是整个控制系统的核心，一方面将各设备发送来的数据放到寄存区，通过cpu运算处理后，发出信号控制现场设备，并将数据发送到上位机(2)在上位机(2)上显示，另一方面，接收上位机(2)发来的控制信号，将控制指令下发到下级设备，从而实现设备的远程控制。
所述专家库(1)如图3所示，在上位机中构建专家库，专家库中包含了根据历史数据和理论研究确定的装配方案。视觉识别单元(7)经过对工件螺丝孔位测量之后得出的螺丝孔位置、高度等参数反馈给智能装配单元(9)，智能装配单元(9)将数据经后台算法处理后上传至上位机(2)中的专家库(1)中，根据测量结果以及上位机(2)中输入的基础数据选择该工件装配的最优方案，专家库(1)将该装配方案经上位机(2)上传至智能装配单元(9)，智能装配单元(9)根据装配方案对各设备发出运行指令，从而达到根据待装配位置差异进行最优化装配的目的。
具体控制流程如下：
(a)部署在上位机(2)上的智能装配单元(9)预启动，检测各单元开关机状态以及通讯状态，若无问题，启动智能装配单元(9)，系统开始工作。在上位机(2)窗体应用软件中输入装配基础参数后，发送启动信号。
(b)待上位机(2)发送启动信号后，驱动单元(6)收到信号，启动伺服电机，通过导轨将检测单元(5)运送到待检位置，发送到位信号到智能装配单元(9)。智能装配单元(9)发送检测信号到检测单元(5)，检测单元(9)开始工作，启动位移传感器，读取位移传感器数据，将数据上传到上位机(2)数据库中，发送检测完成信号。
(c)上位机(2)接收到信号后，发送启动信号到视觉识别单元(7)，视觉识别单元(7)启动，开始对工件进行拍摄，将图像信息反馈给智能装配单元(9)，智能装配单元(9)通过后台算法处理图像信息，计算出螺栓孔位置信息，再将数据上传至上位机(2)的专家库(1)中，根据位置信息以及a中的装配基础参数选择该工件装配的最佳装配方案，专家库(1)将该装配方案上传至智能装配单元(9)，智能装配单元(9)根据装配方案给机器人(3)发送运动指令。
(d)机器人(3)按照运动指令进行运动，待运动到第一个点位后，发送信号到送钉单元(8)，送钉单元进行送钉操作，送钉完成后，发送完成信号到机器人(3)。机器人(3)发送反馈信号到智能装配单元(9)，智能装配单元(9)发送装配方案中的预紧力数据发送到螺丝机(4)，螺丝机开始工作，进行螺栓拧紧，完成后发送完成信号到智能装配单元(9)，智能装配单元(9)根据装配方案给机器人(3)发送运动指令。
(e)根据专家库(1)生成的装配方案重复执行d操作，直到所有螺栓孔位装配完成。机器人(3)回到原位。完成后，发送信号到驱动单元(6).
(f)驱动单元(6)收到信号，启动伺服电机，通过导轨将检测单元(5)运送到待检位置，发送到位信号到智能装配单元(9)。智能装配单元(9)发送检测信号到检测单元(5)，检测单元(9)开始工作，启动位移传感器，读取位移传感器数据，将数据上传到上位机(2)数据库中，驱动单元(6)将检测单元(5)返回原位，发送检测完成信号。
(g)上位机(2)接收到检测完成信号后，将两次检测数据通过算法进行计算，生成检测报告，通过窗体应用软件进行显示。窗体应用软件显示此次装配作业中所有设备信息与装配方案。
与现有技术相比，该发明具有以下优点：
1.大幅度提高工件的装配质量。
2.视觉识别单元通过图像识别技术对获取装配位置，十分精确，大大减少以往人工对准操作的时间以及人工经验判断带来的误差。
3.能够在线监控现场设备的状态，提高装配生产线的自动化和智能化水平。
4.通过专家库使得工件的装配能根据不同的装配情况选择最优的装配方案。
5.智能装配单元设有安全机制，在上位机中实时显示设备状况，及时发出声光报警或紧急制动信号。
附图说明
图1为装配生产线示意图
图2为装配生产线智能控制系统示意图
图3为专家库示意图
具体实施方式
如图1所示为装配生产线示意图，本发明所述的装配生产线包括机器人(3)、螺丝机(4)、检测单元(5)、驱动单元(6)、视觉识别单元(7)、送钉机(8)、智能装配单元(9)等主要设备和单元。
如图2所示为装配生产线智能控制系统示意图。智能装配单元(9)是一台计算机，机器人(3)通过tcp/ip协议与智能装配单元(9)进行数据交互。螺丝机(3)通过串口通讯协议,使用rs323物理接口与智能装配单元(9)进行数据交互。机器人(5)通过tcp/ip协议与智能装配单元(9)进行数据交互。驱动单元(6)通过tcp/ip协议与智能装配单元(9)进行数据交互。视觉识别单元(7)通过usb与智能装配单元(9)进行数据交互。
螺丝机(4)通过硬接线的方式与机器人(3)相连接，送钉机(8)通过硬接线的方式与机器人(3)相连接。
上位机(2)为自主开发的窗体应用程序实现对现场设备的监控以及对各下位机的指令发放，实现显示现场各设备的运行状态和装配数据信息，如机器人运动状态、螺丝机工作状态等信息，并且实时监控现场、检测单元(5)、驱动单元(6)、视觉识别单元(7)、智能装配单元(9)等单元的状态。
如图3所示为专家库示意图，根据历史数据和理论研究确定的各种装配情况需要的最优装配方案构建专家库(1)。视觉识别单元(7)经过对工件识别之后得出的螺栓孔位置与个数等参数反馈给智能装配单元(9)，再将数据上传至上位机(2)的专家库(1)中，根据位置信息以及装配基础参数选择该工件装配的最佳装配方案，专家库(1)将该装配方案上传至智能装配单元(9)，智能装配单元(9)根据装配方案给机器人(3)发送运动指令，从而达到根据待装配位置差异进行最优化装配的目的。
1.一种基于专家库的装配生产线智能控制系统，其特征在于：该生产线智能控制系统包括专家库(1)、上位机(2)、机器人(3)、螺丝机(4)、检测单元(5)、驱动单元(6)、视觉识别单元(7)、送钉机(8)和智能装配单元(9)；
其中机器人(3)、螺丝机(4)、检测单元(5)、驱动单元(6)、视觉识别单元(7)、送钉机(8)组成智能装配生产线；
上位机(2)通过以太网与机器人(3)、检测单元(5)、驱动单元(6)连接、通过串行通信接口与螺丝机(4)连接，上位机(2)通过通用串行总线与视觉识别单元(7)连接；机器人(3)通过硬接线的方式与螺丝机(4)、送钉机(8)进行连接；智能控制系统根据现场的工艺要求和控制要求，智能装配单元(9)是整个控制系统的核心，一方面将各设备发送来的数据放到寄存区，通过cpu运算处理后，发出信号控制现场设备，并将数据发送到上位机(2)在上位机(2)上显示，另一方面，接收上位机(2)发来的控制信号，将控制指令下发到下级设备，从而实现设备的远程控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于专家库的装配生产线智能控制系统，其特征在于：所述专家库(1)中存储不同的装配方案，以上位机中选择不同的装配方案以及视觉识别单元(7)识别出的现场装配工况作为条件，选择或生成装配方案，进行装配作业。
3.根据权利要求1所述的一种基于专家库的装配生产线智能控制系统，其特征在于：所述上位机(2)实现系统中各单元的智能控制，通过上位机软件，实现机器人(3)、螺丝机(4)、检测单元(5)、驱动单元(6)、视觉识别单元(7)的实时控制与数据采集，使各单元协调作业。
4.根据权利要求1所述的一种基于专家库的装配生产线智能控制系统，其特征在于：所述机器人(3)用于移动螺丝机(4)，螺丝机(4)固定于机器人(4)末端，作为机器人末端执行装置，根据上位机(1)所发出的工位指令，移动机器人末端位置，保证螺丝机(4)对准螺栓孔位；机器人(4)到位后，通知送钉机(8)送钉，通知螺丝机(4)进行螺丝拧紧。
5.根据权利要求1所述的一种基于专家库的装配生产线智能控制系统，其特征在于：所述检测单元(5)用于检测装配作业完成后，工件发生的形变；检测单元(5)由多个位移传感器组成，通过位移传感器的检测数据，判断工件形变。
6.根据权利要求1所述的一种基于专家库的装配生产线智能控制系统，其特征在于：所述驱动单元(6)实现检测单元(5)的移动，当需要检测单元(5)工作时，将其移动到工作位置，工作结束后，返回待定区域。
7.根据权利要求1所述的一种基于专家库的装配生产线智能控制系统，其特征在于：所述专家库(1)在上位机中构建专家库，专家库中包含了根据历史数据和理论研究确定的装配方案；视觉识别单元(7)经过对工件螺丝孔位测量之后得出的螺丝孔位置、高度参数反馈给智能装配单元(9)，智能装配单元(9)将数据经后台算法处理后上传至上位机(2)中的专家库(1)中，根据测量结果以及上位机(2)中输入的基础数据选择该工件装配的最优方案，专家库(1)将该装配方案经上位机(2)上传至智能装配单元(9)，智能装配单元(9)根据装配方案对各设备发出运行指令，从而达到根据待装配位置差异进行最优化装配的目的；具体控制流程如下：
(a)部署在上位机(2)上的智能装配单元(9)预启动，检测各单元开关机状态以及通讯状态，若无问题，启动智能装配单元(9)，系统开始工作；在上位机(2)窗体应用软件中输入装配基础参数后，发送启动信号；
(b)待上位机(2)发送启动信号后，驱动单元(6)收到信号，启动伺服电机，通过导轨将检测单元(5)运送到待检位置，发送到位信号到智能装配单元(9)；智能装配单元(9)发送检测信号到检测单元(5)，检测单元(9)开始工作，启动位移传感器，读取位移传感器数据，将数据上传到上位机(2)数据库中，发送检测完成信号；
(c)上位机(2)接收到信号后，发送启动信号到视觉识别单元(7)，视觉识别单元(7)启动，开始对工件进行拍摄，将图像信息反馈给智能装配单元(9)，智能装配单元(9)通过后台算法处理图像信息，计算出螺栓孔位置信息，再将数据上传至上位机(2)的专家库(1)中，根据位置信息以及步骤(a)中的装配基础参数选择该工件装配的最佳装配方案，专家库(1)将该装配方案上传至智能装配单元(9)，智能装配单元(9)根据装配方案给机器人(3)发送运动指令；
(d)机器人(3)按照运动指令进行运动，待运动到第一个点位后，发送信号到送钉单元(8)，送钉单元进行送钉操作，送钉完成后，发送完成信号到机器人(3)；机器人(3)发送反馈信号到智能装配单元(9)，智能装配单元(9)发送装配方案中的预紧力数据发送到螺丝机(4)，螺丝机开始工作，进行螺栓拧紧，完成后发送完成信号到智能装配单元(9)，智能装配单元(9)根据装配方案给机器人(3)发送运动指令；
(e)根据专家库(1)生成的装配方案重复执行步骤(d)操作，直到所有螺栓孔位装配完成；机器人(3)回到原位；完成后，发送信号到驱动单元(6).
(f)驱动单元(6)收到信号，启动伺服电机，通过导轨将检测单元(5)运送到待检位置，发送到位信号到智能装配单元(9)；智能装配单元(9)发送检测信号到检测单元(5)，检测单元(9)开始工作，启动位移传感器，读取位移传感器数据，将数据上传到上位机(2)数据库中，驱动单元(6)将检测单元(5)返回原位，发送检测完成信号；
(g)上位机(2)接收到检测完成信号后，将两次检测数据通过算法进行计算，生成检测报告，通过窗体应用软件进行显示；窗体应用软件显示此次装配作业中所有设备信息与装配方案。
技术总结