基于相对位置感知的作业避让控制系统及方法与流程

本发明涉及作业避让控制，更具体地说是涉及基于相对位置感知的作业避让控制系统及方法。

背景技术：

1、在长条带材的连续贴敷制造中，带材沿其长度方向边缘需持续敷贴物料，而带材通常以分段接续方式连续输送，其段间连接构件与产线沿途的承托构件在厚度、刚度方面超过带材本体，致使贴敷装置在带材行进过程中与上述构件频遇空间干涉，该现象在以连续贴敷成型长条带材的各类产线中均会出现。以输送带产线说明，带坯成型后于其边缘连续敷贴封边胶料以包覆带芯，该作业由产线侧部的贴敷机构在带坯行进间实施；带坯分段接续输送，段间以结构过渡构件相接并随带坯穿越各工位，设备衔接处亦设承托过渡件。结构过渡构件厚度与刚度高于带坯，行至贴敷工位时与处于作业位的机构相干涉，引发贴敷头碰撞损坏、物料拉断或带坯边部未贴敷。

2、既有避让多依赖人工观察、于结构过渡构件到达前按固定延时抬离机构，或以接近开关单点信号触发。此类做法未在同一坐标基准下描述结构过渡构件与机构间的干涉关系，亦未对避让时点及由此产生的未贴敷区间作量化管控，致使避让偏晚而形成碰撞、偏早而未贴敷段过长，避让中物料张力失稳而堆积或拉断，未贴敷段位置与长度无从标定以致难以后续补正，且避让参数恒定，难以随带速与结构过渡构件出现节奏变动而调整。因此，为了克服这些局限，本发明提出了基于相对位置感知的作业避让控制系统及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供基于相对位置感知的作业避让控制系统及方法，解决了连续贴敷产线中，结构过渡构件等厚度与刚度大于带材本体的构件随带材行进至贴敷工位时与处于作业位的作业执行机构发生周期性空间干涉，而现有避让控制缺乏同一位置基准下的干涉关系描述及避让时机、未贴敷区间的量化管理，导致贴敷头碰撞、物料拉断或带边未贴敷且难以补正的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、基于相对位置感知的作业避让控制系统，包括：

4、位姿感知模块，采集结构过渡构件位置、连续基材行进位置与作业执行机构位姿并归算至产线坐标系，得到相对运动状态，并获取结构过渡构件结构尺寸、横向偏移量与翘起量；

5、干涉判定模块，按作业执行机构外廓尺寸与所处位置状态构建作业包络，按结构过渡构件位置、结构过渡构件结构尺寸、横向偏移量与翘起量构建空间占位，对作业包络与空间占位执行空间干涉判定，在空间干涉成立时解算到达时间余量；

6、避让控制模块，在空间干涉成立且到达时间余量不大于完成避让动作所需的时长时输出避让指令，驱动作业执行机构由作业位迁移至避让位，在结构过渡构件通过后驱动作业执行机构复位至作业位，记录避让起始时刻与恢复贴敷完成时刻；

7、作业补偿模块，按避让起始时刻与恢复贴敷完成时刻对应的连续基材行进位置标定未贴敷段的起点位置与终点位置，并对未贴敷段执行补贴并输出补贴执行标志。

8、具体地，干涉判定模块包括包络占位构建单元、间距判定单元与余量解算单元；

9、包络占位构建单元，按作业执行机构位姿与作业执行机构外廓尺寸构建作业包络，所述作业包络包括贴敷态作业包络与避让态作业包络，按结构过渡构件位置、结构过渡构件结构尺寸、横向偏移量与翘起量构建空间占位；

10、间距判定单元，计算所述作业包络与所述空间占位在各方向的间隙分量并取最小值作为最小间距，将所述最小间距与预设安全间隙阈值比较，输出空间干涉标志；

11、余量解算单元，在空间干涉成立时按所述相对运动状态解算所述到达时间余量。

12、具体地，避让控制模块包括避让决策单元、避让执行单元与状态迁移记录单元；

13、避让决策单元，读取到达时间余量，所述到达时间余量不大于预设避让动作时长与预设安全时间裕度之和时，将避让触发标志置为成立并生成避让指令，否则将避让触发标志置为不成立；在作业执行机构处于避让位且准备执行复位时，对相邻的后一结构过渡构件执行连续避让判定，所述后一结构过渡构件的到达时间余量不大于预设避让动作时长与预设安全时间裕度之和时将连续避让标志置为成立且不生成复位指令，否则将连续避让标志置为不成立并生成复位指令；

14、避让执行单元，响应避让指令驱动作业执行机构由所述作业位迁移至所述避让位，将所述作业执行机构到达避让位的时刻记为避让到位时刻，在结构过渡构件通过后驱动作业执行机构复位至所述作业位并恢复物料施加作业，将复位条件成立标志置为成立；

15、状态迁移记录单元，按状态迁移条件在贴敷态、预警态、避让态、复位态与补贴态之间切换作业执行机构的状态，将迁移事件与迁移时刻登记为状态迁移记录并输出。

16、具体地，作业补偿模块包括未贴敷段标定单元、补贴执行单元与阈值修正单元；

17、未贴敷段标定单元，按所述避让起始时刻与所述恢复贴敷完成时刻对应的连续基材行进位置标定所述未贴敷段的起点位置、终点位置与长度并写入连续基材长度坐标表，未贴敷段长度超过预设允许未贴敷长度阈值时输出质量告警标志；

18、补贴执行单元，按连续基材行进状态标志选择补贴方式对所述未贴敷段执行补贴并输出补贴执行标志；

19、阈值修正单元，按滑动统计窗口内的未贴敷段长度统计与误避让率统计修正预设安全间隙阈值与预设安全时间裕度。

20、具体地，所述相对运动状态包括纵向相对距离、横向重叠量、竖向重叠量与相对行进速度；

21、所述相对运动状态的获取步骤包括：

22、采集结构过渡构件位置、连续基材行进位置与作业执行机构位姿；

23、以作业工位在产线坐标系纵轴方向的坐标与结构过渡构件位置之差作为所述纵向相对距离；

24、以结构过渡构件与作业执行机构在连续基材宽度方向的外廓边界之间的交叠尺寸作为所述横向重叠量；

25、以结构过渡构件与作业执行机构在产线高度方向的外廓边界之间的交叠尺寸作为所述竖向重叠量；

26、以相邻两个采样时刻的所述纵向相对距离之差除以预设采样控制周期，得到所述相对行进速度。

27、具体地，贴敷态作业包络与所述避让态作业包络均为包围盒，以所述作业执行机构外廓尺寸在产线坐标系纵轴、横轴与竖轴三个方向上的尺寸分量作为包围盒在相应方向的外廓尺寸；

28、作业执行机构处于作业位时，包围盒中心在纵轴方向取作业工位的纵轴坐标、在横轴方向取连续基材边缘在横轴方向的位置、在竖轴方向取连续基材表面在竖轴方向的位置；

29、作业执行机构处于避让位时，包围盒中心在横轴方向的位置叠加退避量、在竖轴方向的位置叠加抬起量；

30、其中，所述包围盒是指以产线坐标系纵轴、横轴与竖轴为外沿方向的长方体空间区域；所述抬起量是指作业执行机构沿产线高度方向相对作业位的抬升位移量，所述退避量是指作业执行机构沿连续基材宽度方向相对连续基材边缘的退离位移量。

31、具体地，构建所述空间占位的步骤包括：

32、以结构过渡构件位置作为空间占位中心在产线坐标系纵轴方向的坐标，以连续基材中心线在产线坐标系横轴方向的坐标叠加所述横向偏移量作为空间占位中心在横轴方向的坐标，以结构过渡构件结构厚度的一半叠加翘起量作为空间占位中心在竖轴方向的坐标，以结构过渡构件结构长度作为空间占位在纵轴方向的外廓尺寸，以结构过渡构件结构宽度作为空间占位在横轴方向的外廓尺寸，以结构过渡构件结构厚度作为空间占位在竖轴方向的外廓尺寸，按中心坐标与外廓尺寸生成所述空间占位。

33、具体地，输出所述空间干涉标志的步骤包括：

34、比较所述纵向相对距离与预设判定触发距离，所述纵向相对距离大于预设判定触发距离时将所述空间干涉标志置为干涉不成立，否则执行间隙分量计算；

35、连续基材行进方向的间隙分量取所述纵向相对距离扣除空间占位在连续基材行进方向外廓尺寸的一半、再扣除所述作业包络在连续基材行进方向外廓尺寸的一半后的差值；

36、所述横向重叠量或所述竖向重叠量大于零时将相应方向的间隙分量记为不大于零的取值；

37、所述最小间距小于所述预设安全间隙阈值时将所述空间干涉标志置为干涉成立。

38、具体地，按所述相对运动状态解算所述到达时间余量，包括：

39、空间干涉标志为干涉不成立时不执行到达时间余量解算；

40、空间干涉标志为干涉成立时，取所述纵向相对距离扣除空间占位在连续基材行进方向外廓尺寸的一半、再扣除所述作业包络在连续基材行进方向外廓尺寸的一半后的差值作为剩余行进距离，以所述剩余行进距离除以所述相对行进速度得到所述到达时间余量。

41、具体地，切换作业执行机构的状态包括：

42、监测避让触发标志、避让到位时刻、复位条件成立标志、连续避让标志与补贴执行标志；

43、所述避让触发标志置为成立时，将状态由贴敷态切换至预警态，在所述避让到位时刻将状态由预警态切换至避让态，所述连续避让标志为成立时保持避让态不变；

44、所述复位条件成立标志置为成立时，将状态由避让态切换至复位态，在所述恢复贴敷完成时刻将状态由复位态切换回贴敷态；

45、所述补贴执行标志表征补贴执行时将状态切换至补贴态，表征补贴完成时将状态由补贴态切换回贴敷态。

46、具体地，修正预设安全间隙阈值与预设安全时间裕度，包括：

47、按滑动统计窗口累计避让事件计数、未贴敷段长度累加值与误避让计数，避让事件计数达到预设统计样本数时，以未贴敷段长度累加值除以避让事件计数得到未贴敷段长度均值、以误避让计数除以避让事件计数得到误避让率；

48、未贴敷段长度均值超过所述预设允许未贴敷长度阈值与预设修正触发比例之积、或所述误避让率大于预设误避让率上限时，按所述预设间隙步长减小预设安全间隙阈值、按预设时间步长减小所述预设安全时间裕度；

49、滑动统计窗口内出现所述作业执行机构处于避让位期间横向重叠量与竖向重叠量同时大于零的避让事件时，按所述预设间隙步长增大所述预设安全间隙阈值、按所述预设时间步长增大所述预设安全时间裕度。

50、基于相对位置感知的作业避让控制方法，包括：

51、采集结构过渡构件位置、连续基材行进位置与作业执行机构位姿并归算至产线坐标系，得到相对运动状态，并获取结构过渡构件结构尺寸、横向偏移量与翘起量；

52、按作业执行机构外廓尺寸与所处位置状态构建作业包络，按结构过渡构件位置、结构过渡构件结构尺寸、横向偏移量与翘起量构建空间占位，对作业包络与空间占位执行空间干涉判定，在空间干涉成立时解算到达时间余量；

53、在空间干涉成立且到达时间余量不大于完成避让动作所需的时长时输出避让指令，驱动作业执行机构由作业位迁移至避让位，在结构过渡构件通过后驱动作业执行机构复位至作业位，记录避让起始时刻与恢复贴敷完成时刻；

54、按避让起始时刻与恢复贴敷完成时刻对应的连续基材行进位置标定未贴敷段的起点位置与终点位置，并对未贴敷段执行补贴并输出补贴执行标志。

55、本发明的有益效果：

56、本技术将结构过渡构件位置、连续基材行进位置与作业执行机构位姿归算至以作业工位为原点的同一产线坐标系，据此构建贴敷态作业包络与避让态作业包络及结构过渡构件空间占位并执行空间干涉判定与到达时间余量解算，避让指令的触发时机由此与结构过渡构件实际位置及行进速度直接关联，避让动作在结构过渡构件到达干涉边界前按所需时长完成、结构过渡构件通过后再复位恢复贴敷，由此将避让过迟致碰撞与避让过早致未贴敷段过长的两类失当情形同时收敛；避让期间通过维持物料张力或裁切引出保持物料连续，避让起止时刻对应的连续基材位置被标定以界定未贴敷段并执行补贴，未贴敷区间得以定位与补正；安全间隙阈值与安全时间裕度按避让事件统计自适应修正，避让参数由此随产线节拍与结构过渡构件出现节奏动态调整，整体在实现结构过渡构件与作业执行机构空间干涉协同避让的同时，兼顾物料连续性与未贴敷段可补正性。