多机协同分拣集成管控装置及其联动调度优化方法与流程

本发明涉及工业分拣控制，具体为多机协同分拣集成管控装置及其联动调度优化方法。

背景技术：

1、目前，随着物流分拣、智能制造等行业的快速发展，分拣作业现场往往同时部署多种类型的自动化设备，包括不同品牌的工业机械臂、不同型号的agv搬运小车、交叉带分拣机以及各类传感器与称重设备等。上述设备通常各自配备独立的控制系统和通信接口，由不同的上位机或plc分别控制，彼此之间仅通过简单的信号交接进行粗粒度配合。在现有技术中，已有部分方案尝试通过集中式调度系统对多台同构机器人进行协同分拣控制，例如通过软件平台统一规划多台机械臂的运动路径和抓取时序；也有方案通过无线通信模块对agv车队进行编队调度。然而，现有技术仍存在以下缺陷：

2、现有集成管控方案大多面向同构设备或单一品牌设备，缺乏对异构设备的统一接入能力。不同品牌机械臂的通信协议（如发那科、库卡、安川等各自的私有协议）、不同型号agv的控制指令格式、以及固定式分拣机与移动式机器人之间的协同逻辑均存在显著差异，现有技术无法通过一套统一的硬件架构实现上述异构设备的即插即用式接入与集中管控。

3、现有方案中工控机与各分拣设备之间的通信多采用有线直连方式，现场布线复杂，且当设备数量增加或布局调整时需要重新铺设线缆，灵活性差、维护成本高。部分现有方案虽采用无线通信方式，但无线模块与工控机之间为固定焊接或一体化集成结构，一旦无线协议需要更换或升级，必须整体更换设备，现场适配能力不足。

4、现有技术中工控机背面的扩展接口多为固定配置，无法根据现场实际设备类型和数量灵活增减无线通信通道，导致多通道并发通信时的信号拥堵和相互干扰问题难以解决，影响了调度指令下发的实时性和可靠性。

5、综上所述，现有技术中尚缺乏一种能够实现异构分拣设备统一接入、支持多通道并发通信且具备灵活扩展能力的集成管控装置，以及与之配套的基于优先级信道的联动调度优化方法。本发明旨在解决上述问题。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了多机协同分拣集成管控装置及其联动调度优化方法，解决了现有技术中异构分拣设备无法统一接入与集中管控、无线通信模块无法灵活更换与升级、多通道并发通信时信号拥堵以及协议转换终端安装不便且磁吸安装时易产生电磁干扰的技术问题。

3、技术方案

4、针对异构分拣设备无法统一接入与集中管控的技术问题

5、为实现不同品牌、不同通信协议的分拣设备的统一接入，本发明提供了多机协同分拣集成管控装置。该装置包括工控机主体，在工控机主体的前壁开设开窗，开窗内侧固定插接板，插接板上设置至少一个插口，插口内可插拔地插接有无线发射模组。无线发射模组由无线发射模块、设置于无线发射模块后壁的插头以及设置于无线发射模块前壁的第一天线组成，插头与插口插接配合实现电性连接和物理固定，第一天线用于向外发射无线信号。该装置还包括独立于工控机主体设置的协议转换终端，协议转换终端设有第二天线和物理输出接口，第二天线用于接收第一天线发射的无线信号，物理输出接口用于连接分拣设备并将接收到的无线信号转换为分拣设备可执行的物理层信号。

6、作为优选，插接板上设有多个依次分布的插口，插口的数量与无线发射模组的数量相等且一一对应插接配合。开窗为矩形窗口，矩形窗口边缘设有向内侧翻折的翻边，插接板通过螺钉固定连接于翻边内侧。协议转换终端包括终端壳体和设置于终端壳体内部的内部主板，终端壳体由底壳和盖合于底壳上的上盖组成，第二天线设置于底壳的后壁外表面，物理输出接口设置于底壳的侧壁，内部主板固定于底壳内部，内部主板上设有用于执行协议转换算法的芯片。物理输出接口为设置于底壳左壁的rj45接口结构和/或设置于底壳右壁的db9串口插座，rj45接口结构由一端连接内部主板、另一端从底壳左壁穿出的线缆本体以及设置于线缆本体末端的rj45插头组成，该引出式结构可避免模块本体承受网线的拉拽力。底壳的前壁开设有条形开口，内部主板上设有与条形开口位置相对的卡槽，卡槽内可插拔地插接有内存卡，内存卡经由条形开口插入或拔出终端壳体，内存卡内预置有对应特定品牌分拣设备的通信协议栈固件，更换内存卡即可实现对不同品牌设备的协议支持，无需拆开壳体或重新烧录程序，极大降低了现场维护难度。

7、针对无线通信模块无法灵活更换与升级的技术问题

8、为实现无线通信模块的现场可插拔更换，本发明将无线发射模组通过插头与插接板上的插口可插拔地插接配合，使无线发射模组以模块化方式安装于工控机主体的开窗处。当需要更换通信协议、升级无线通信标准或适配不同类型的现场设备时，只需将原有的无线发射模组从插口中拔出，更换为新的无线发射模组重新插入即可，无需拆卸工控机主体或更换整机。插口采用通用插座结构，插头与插口之间为可反复插拔的配合关系，保证了现场维护的便捷性和可靠性。

9、针对多通道并发通信时信号拥堵的技术问题

10、为提升多通道并发通信的实时性和可靠性，本发明在插接板上设有三个依次分布的插口，三个插口内分别一一对应地插接有三个无线发射模组，三个无线发射模组分别定义为第一无线发射模组、第二无线发射模组和第三无线发射模组。第一无线发射模组对应高优先级信道，用于下发时延敏感的运动控制指令；第二无线发射模组对应中优先级信道，用于下发路径规划指令；第三无线发射模组对应低优先级信道，用于下发状态监测指令。通过将不同类型的控制指令在物理信道上进行隔离，避免所有指令共用单一无线通道造成的信号拥堵和相互干扰，确保高时延敏感指令的实时性不受低优先级指令的影响。

11、针对协议转换终端磁吸安装时电磁兼容性的优化结构

12、在上述方案基础上，本发明还针对协议转换终端的现场安装便捷性提供了进一步优化结构，本发明在底壳的底面设有底部安装结构。该底部安装结构包括平行布置的双面胶和/或嵌设于底壳底面的强磁组件。强磁组件由开设于底壳底面的圆形凹槽、紧贴设置于圆形凹槽内侧壁的隔磁套以及紧贴设置于隔磁套内侧壁的强磁块组成。双面胶适用于粘贴于平滑的非铁质安装面，强磁组件适用于吸附于铁质机柜壁面，两种方式可单独使用也可组合使用，以满足不同材质的安装环境。隔磁套用于约束强磁块的磁场方向，使磁场主要向底壳底面下方聚集以产生吸附力，同时避免磁场侧向泄漏对设置于底壳后壁的第二天线的无线信号产生电磁干扰。圆形凹槽使强磁块的底面与底壳底面齐平，保证模块放置平稳且避免磁体受撞击碎裂。

13、多机协同分拣联动调度优化方法

14、本发明还提供了多机协同分拣联动调度优化方法，采用上述多机协同分拣集成管控装置。该方法包括以下步骤：通过无线发射模组与协议转换终端之间的无线通信链路建立控制指令下发通道；工控机主体根据当前分拣任务生成针对目标分拣设备的控制指令，并将控制指令通过插口传输至无线发射模组，工控机主体根据控制指令的时延敏感度将控制指令分配至对应的无线发射模组，其中将运动控制指令分配至对应高优先级信道的第一无线发射模组，将路径规划指令分配至对应中优先级信道的第二无线发射模组，将状态监测指令分配至对应低优先级信道的第三无线发射模组；无线发射模组通过第一天线将控制指令以无线信号形式发射；协议转换终端通过第二天线接收无线信号，芯片将无线信号解析并转换为目标分拣设备能够识别的物理层控制信号，经物理输出接口输出至目标分拣设备。

15、上述各实施方式中的多个技术特征在不冲突的情况下可以相互组合使用，各优选方案之间不存在互斥或不可组合的情况。

16、有益效果

17、本发明提供了多机协同分拣集成管控装置及其联动调度优化方法。具备以下有益效果：

18、1、与现有技术相比，该多机协同分拣集成管控装置及其联动调度优化方法，通过在工控机主体前壁开窗并固定插接板，插接板上设置插口供无线发射模组可插拔地接入，实现了对不同品牌、不同协议的分拣设备的统一物理接入，解决了现有技术中异构设备需分别配备各自控制系统、无法即插即用集中管控的问题。

19、2、与现有技术相比，该多机协同分拣集成管控装置及其联动调度优化方法，通过设置独立于工控机主体的协议转换终端，利用其内部的芯片和可插拔的内存卡对不同品牌设备的私有通信协议进行协议解析与物理层信号转换，使工控机主体能够以统一的控制指令格式下发指令，解决了因异构设备协议差异导致的集成管控困难问题。

20、3、与现有技术相比，该多机协同分拣集成管控装置及其联动调度优化方法，通过将无线发射模组与插口设置为可插拔插接配合，在需要更换通信协议、升级无线通信标准或适配不同设备类型时可直接插拔更换无线发射模组，无需整体更换工控机主体，解决了现有技术中无线模块固定焊接、协议升级困难、现场适配能力不足的问题。

21、4、与现有技术相比，该多机协同分拣集成管控装置及其联动调度优化方法，通过插接板上设置多个插口并分别插接多个无线发射模组，将不同的无线发射模组定义为分别对应高、中、低三种优先级信道，根据控制指令的时延敏感度将运动控制指令、路径规划指令和状态监测指令分配至不同优先级的无线发射模组并发传输，解决了现有技术中多通道并发通信时的信号拥堵和相互干扰问题，提升了调度指令下发的实时性和可靠性。

22、5、与现有技术相比，该多机协同分拣集成管控装置及其联动调度优化方法，通过协议转换终端底壳底部设置由圆形凹槽、隔磁套和强磁块组成的强磁组件，同时配合双面胶，实现了协议转换终端在机柜壁面上的免工具快速安装固定，隔磁套约束强磁块的磁场方向防止侧向泄漏对第二天线的无线信号产生电磁干扰，解决了现有技术中无线终端设备安装不便及磁吸安装时磁场干扰通信信号的问题。