多机器人论文提纲,通信方案论文提纲

多机器人集成控制系统的研究

摘要：工业机器人可以降低工人的劳动强度,减少劳动成本,提高生产效率,在工业生产中得到了广泛应用。但是随着生产规模的不断扩大,不同厂家机器人间没有统一标准化协议的问题越来越突出。本文为了实现对多种类型机器人的系统集成,对不同厂家机器人的通讯控制协议进行了研究,确定了多机器人集成系统的架构和通信方案,完成了集成控制软件的开发以及任务调度算法的设计,并对软件和算法进行测试,验证了可行性。本文的研究内容包括如下:（1）设计了多机器人集成控制系统架构,确定通信方案以及任务调度架构。结合色织纱线多机器人集成生产线进行需求及功能分析,完成本文通用多机器人集成系统总体架构的设计。对机器人相关通信协议进行归纳总结,遵循标准的工业机器人相关规范,制定了使用TCP/IP协议和OPC数据采集协议对多机器人控制器进行集成控制的通信方案。对多机器人任务调度问题的问题模型进行分析,抽象出柔性作业车间调度的复杂模型,并结合基于遗传算法的智能调度算法提出解决方案。（2）提出了基于全局最小负荷的改进遗传算法,解决多机器人任务调度问题。多机器人系统需要通过任务调度,在尽可能短的周期内完成复杂的任务,为此本文以最小完工时间作为求解目标提出了一种改进遗传算法,通过基于全局最小负荷选择的初始化方法,提高初始种群的质量,加快算法收敛速度,提高全局搜索效率;遗传算子中改善了选择交叉算子并提出趋于最小机器负荷的单点基因变异策略,建立稳健的调整机制;结合禁忌搜索算法并设计其邻域结构和禁忌规则,克服遗传算法局部搜索能力不强的缺点。通过基准测试算例进行数值分析和对比实验,验证了所提初始化方式的有效性和所提改进算法的可靠性。（3）对多机器人集成控制软件进行流程设计,完成了软件开发。对软件主要操作流程进行设计和分析,对人机界面、TCP/IP通讯控制模块、OPC数据采集模块、任务调度模块等模块完成开发,通过机器人仿真软件对通信方案完成验证。使用数据库作为数据信息存储的中心,通过多线程同步技术同时对多个机器人控制器进行监控,通过Shiro登录框架实现权限管理。将设计的任务调度算法应用于多机器人集成操作环境,实现任务调度的功能。（4）结合实际的多机器人集成生产线背景,对多机器人集成控制软件完成测试。完成机器人模拟控制器的开发,结合了康平纳公司的多机器人纺织纱线浸染生产线背景,配置OPC服务器中仿真PLC的机器人控制器信息。基于模拟控制器及OPC服务器,对多机器人集成控制软件的各功能模块及流程控制进行测试和分析。测试结果表明,本软件可以实现同时对多个机器人控制器的实时监测和控制,本文所设计算法能够解决实际多机器人生产线中的任务调度问题。 

关键词：多机器人;通信方案

文章目录

摘要

abstract

第一章 绪论

    1.1 课题研究的背景及意义

    1.2 国内外研究现状

        1.2.1 机器人集成控制系统现状

        1.2.2 机器人通信协议研究现状

    1.3 课题研究内容及论文结构

第二章 多机器人集成控制系统架构设计

    2.1 色织纱线机器人集成生产线

    2.2 集成控制系统总体架构设计

        2.2.1 需求及功能分析

        2.2.2 系统总体架构设计

    2.3 多机器人集成通信方案

        2.3.1 TCP/IP通信协议

        2.3.2 OPC数据采集协议

        2.3.3 通信模型框架

    2.4 智能化任务调度

    2.5 本章小结

第三章 多机器人集成任务调度

    3.1 任务调度的问题模型

    3.2 全局最小负荷选择初始化方法

        3.2.1 编码和解码

        3.2.2 初始化策略

    3.3 融合禁忌搜索的改进遗传算法

        3.3.1 遗传算子的设计优化

        3.3.2 基于禁忌搜索算法的局部优化

        3.3.3 整体算法流程

    3.4 算例实验与分析

        3.4.1 参数设置

        3.4.2 初始化实验对比

        3.4.3 试验方案比较分析

    3.5 算法性能分析

    3.6 本章小结

第四章 多机器人集成控制软件开发

    4.1 软件相关技术

        4.1.1 数据库选择

        4.1.2 多线程同步技术

        4.1.3 登录授权框架

    4.2 软件流程及主界面设计

    4.3 机器人编辑模块

        4.3.1 机器人的添加删除

        4.3.2 TCP/IP通讯控制

        4.3.3 机器人控制器连接

    4.4 OPC数据采集模块

    4.5 任务调度模块

    4.6 本章小结

第五章 结合生产线的集成软件测试

    5.1 生产线背景

    5.2 多机器人集成控制软件测试

        5.2.1 模拟控制器开发

        5.2.2 主界面模块测试

        5.2.3 机器人编辑模块测试

        5.2.4 OPC模块测试

        5.2.5 任务调度模块测试

    5.3 测试结果分析

    5.4 本章小结

第六章 总结与展望

    6.1 总结

    6.2 展望

参考文献

[1]我国智能制造装备产业发展分析[J]. 张容磊.  智能制造. 2020(08)

[2]机器人中的软件开发集成技术分析及应用[J]. 郭锋.  计算机产品与流通. 2020(04)

[3]工业机器人的发展现状和未来趋势[J]. 王琳辉.  科学技术创新. 2019(29)

[4]基于OPC协议的数据采集实际应用分析[J]. 郭骅祥,杨延超.  工业控制计算机. 2019(09)

[5]TCP/IP模式下检验仪器通信软件的设计与实现[J]. 屈华炎,戴金华.  软件. 2019(09)

[6]OPC技术在工业网络控制系统中的应用[J]. 杨虎,乔立慧.  电子技术与软件工程. 2019(16)

[7]工业机器人集成开发中的协议与数据开放标准化[J]. 杨舸.  中国质量与标准导报. 2019(08)

[8]超启发式遗传算法求解模糊柔性作业车间调度[J]. 李尚函,胡蓉,钱斌,张梓琪,金怀平.  控制理论与应用. 2020(02)

[9]工业机器人运动控制分析研究[J]. 左培良,邓先智,周琴.  中国设备工程. 2019(10)

[10]基于OPC技术的水冷PEMFC热管理控制系统[J]. 牛茁,张玉瑾,邓惠文,陈维荣,刘志祥.  太阳能学报. 2019(04)