CN103853043A - 机器人中实现同步ptp运动的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人中实现同步点到点PTP运动的方法及装置，该方法包括：根据机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴；确定基准轴实际的最大加速度；根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划；按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划。通过上述方式，本发明能够以较小的计算量完成同步PTP的规划，且保证机器人各轴的运动时间严格一致。

Description

机器人中实现同步PTP运动的方法及装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种机器人中实现PTP运动的方法及装置。

背景技术

在工业机器人控制中，点对点（PTP，Point to Point）运动一般要求为同步PTP运动，即机器人的所有轴同时启动，同时停止。相比异步PTP运动，机器人在同步PTP运动中到达目标点所花费的时间和在异步PTP运动中到达目标点所花费的时间相同；但是，在同步PTP运动中，机器人的各轴的运动速度和加速度可以更小。所以同步PTP运动相比异步PTP，机器人的各轴的负载更小，对机械的冲击更小，同时也更安全。

为了实现同步PTP运动，现有技术的方法是，先将每个轴的运动都单独按照其要求的动态特性进行轨迹规划，得到每个轴单独的运动时间，选取这些时间中的最大时间，然后再以该最大时间分别对每个轴进行满足这个最大时间的轨迹规划。以S型速度规划为例，现有技术方法可以先将每个轴按照每个轴要求的速度、加速度、加加速度以及位移进行规划，得到每个轴的运动时间。选取这些时间中的最大者，然后再以该最大时间分别对每个轴进行满足这个最大时间的轨迹规划。具体的规划方法可以通过搜索的方式，即通过二分搜索的方法找到一个S型速度规划匀速阶段的速度，使得整个S型速度规划规划出来的时间和要求的时间之差小于一个误差值。由于采用了搜索的方式，这个由给点时间来规划轨迹的方法计算量也会比较大，使得整个同步规划的计算量也会变得比较大。

上述方法中，如果规划一个同步PTP运动，那么每个轴都要进行一次规定最大速度的规划，以及一次规定运动时间的规划，计算量非常大。在机器人控制的实时规划过程中，上述方法可能会导致在一个插补周期内无法完成轨迹点的生成。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种机器人中实现PTP运动的方法及装置，能够以较小的计算量完成同步PTP的规划，且保证机器人各轴的运动时间严格一致。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种机器人中实现同步点到点PTP运动的方法，包括：根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，并确定所述基准轴实际的最大加速度，n为大于等于2的自然数，k是小于等于n的自然数；根据所述基准轴实际的最大加速度，确定所述基准轴的速度规划；根据所述基准轴的速度规划，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划，所述位移比例是指所述基准轴与所述剩余轴的动态特性物理量之间的比值等于所述基准轴与所述剩余轴预设的从起点到终点的最大位移之间的比值；根据所述基准轴的速度规划和所述n轴机器人中剩余轴的速度规划，控制所述n轴机器人平稳运动。

其中，所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件包括：每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，i等于1、2、…、n。

其中，所述根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴的步骤，包括：计算所述n轴机器人中每个轴的运动时间，其中，所述每个轴的运动时间等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以所述每个轴预设的所能达到的最大速度V_i；选取所述计算的n轴机器人中每个轴的运动时间中运动时间最大的轴为所述基准轴k，即 $k=\left\{i\right|$

$\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{V_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

其中，所述确定所述基准轴实际的最大加速度的步骤，包括：计算所述n轴机器人中每个轴的第一比值，所述第一比值等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i；根据计算的所述n轴机器人中每个轴的第一比值，确定所述第一比值中最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i；根据已确定的所述最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i，按照位移比例确定所述基准轴实际的最大加速度A′_k，即 $A_k^{\′}$

$=\{A_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{A_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

其中，所述根据所述基准轴的速度规划，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划的步骤，包括：根据所述基准轴的速度规划中的位移S_k(t)，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划中的位移S_i(t)，即

i＝1,2,...,n，其中，S_k(t)表示在时间t对所述基准轴规划出的位移。

其中，所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件还包括每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i。

其中，所述根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，并确定所述基准轴实际的最大加速度的步骤，包括：根据所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，并确定所述基准轴实际的最大加速度和实际的最大加加速度。

其中，所述确定所述基准轴实际的最大加加速度的步骤，包括：计算所述n轴机器人中每个轴的第二比值，所述第二比值等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i；根据计算的所述n轴机器人中每个轴的第二比值，确定所述第二比值中最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i；根据已确定的所述最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，按照位移比例确定所述基准轴实际的最大加加速度J_k'，即 $J_k^{\′}=\{J_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{J_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

其中，所述根据所述基准轴实际的最大加速度，确定所述基准轴的速度规划的步骤，包括：根据所述基准轴实际的最大加速度和实际的最大加加速度，确定所述基准轴的速度规划。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种机器人中实现同步点到点PTP运动的装置，所述装置包括：选取模块，用于根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，n为大于等于2的自然数，k是小于等于n的自然数；第一确定模块，用于根据所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定所述基准轴实际的最大加速度；第二确定模块，用于根据所述基准轴实际的最大加速度，确定所述基准轴的速度规划；第三确定模块，用于根据所述基准轴的速度规划，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划，所述位移比例是指所述基准轴与所述剩余轴的动态特性物理量之间的比值等于所述基准轴与所述剩余轴预设的从起点到终点的最大位移之间的比值；控制模块，用于根据所述基准轴的速度规划和所述n轴机器人中剩余轴的速度规划，控制所述n轴机器人平稳运动。

其中，所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件包括：每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，i等于1、2、…、n。

其中，所述选取模块包括：第一计算单元，用于计算所述n轴机器人中每个轴的运动时间，其中，所述每个轴的运动时间等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以所述每个轴预设的所能达到的最大速度V_i；选取单元，用于选取所述计算的n轴机器人中每个轴的运动时间中运动时间最大的轴为所述基准轴k，即

$\left(\frac{\left|S_i\right|}{V_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

其中，所述第一确定模块包括：第二计算单元，用于计算所述n轴机器人中每个轴的第一比值，所述第一比值等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i；第一确定单元，用于根据计算的所述n轴机器人中每个轴的第一比值，确定所述第一比值中最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i；第二确定单元，用于根据已确定的所述最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i，按照位移比例确定所述基准轴实际的最大加速度A′_k，即 $A_k^{\′}=\{A_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{A_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

其中，所述第三确定模块具体用于根据所述基准轴的速度规划中的位移S_k(t)，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划中的位移S_i(t)，即i＝1,2,...,n，其中，S_k(t)表示在时间t对所述基准轴规划出的位移。

其中，所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件还包括每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i。

其中，所述装置还包括：第四确定模块，所述第四确定模块用于根据所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定所述基准轴实际的最大加加速度。

其中，所述第四确定模块包括：第三计算单元，用于计算所述n轴机器人中每个轴的第二比值，所述第二比值等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i；第三确定单元，用于根据计算的所述n轴机器人中每个轴的第二比值，确定所述第二比值中最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i；第四确定单元，用于根据已确定的所述最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，按照位移比例确定所述基准轴实际的最大加加速度J_k′，即 $J_k^{\′}=\{J_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{J_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

其中，所述第二确定模块还用于根据所述基准轴实际的最大加速度和实际的最大加加速度，确定所述基准轴的速度规划。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明根据机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴；确定基准轴实际的最大加速度；根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划；按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划。通过这种方式，只需要计算基准轴的速度规划，按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划，计算量大大减小，且按照位移比例能够保证机器人各轴的运动时间严格一致。

附图说明

图1是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的方法一实施方式的流程图；

图2是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的方法另一实施方式的流程图；

图3是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的方法又一实施方式的流程图；

图4是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的方法所规划出的角度位置随时间变化的曲线；

图5是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的方法所规划出的角速度随时间变化的曲线；

图6是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的方法所规划出的角加速度随时间变化的曲线；

图7是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的装置一实施方式的结构示意图；

图8是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的装置另一实施方式的结构示意图；

图9是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的装置又一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。

参阅图1，图1是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的方法一实施方式的流程图，包括：

步骤S101：根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，并确定基准轴实际的最大加速度，n为大于等于2的自然数，k是小于等于n的自然数。

机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。机器人按ISO 8373定义为：位置可以固定或移动，能够实现自动控制、可重复编程、多功能多用处、末端操作器的位置要在3个或3个以上自由度内可编程的工业自动化设备。这里自由度就是指可运动或转动的轴。

动态特性是指当被测量随时间迅速变化时，输出量与输入量之间的关系。在机器人中，每个轴的动态特性物理量包括但不限于：位移、速度、加速度、加加速度等等。

每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件是指为了让机器人实现同步PTP运动中某个执行动作时，所规定的每个轴的动态特性物理量预设的所能达到的最大值。

根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，可以得到每个轴单独运动时从起点到终点所花费的时间，运动时间最大的轴即为基准轴。

机器人的每个轴单独运动时，从起点到终点所花费的时间是不一样的，有的运动时间长，有的运动时间短，对于机器人这个整体来说，机器人从起点到终点所花费的时间取决于运动时间最大的轴。因此，选取n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴。

在选取n轴机器人的基准轴后，即可根据每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定基准轴实际的最大加速度。虽然每个轴有自己规定的预设的所能达到的最大加速度，但是对于机器人整体来说，只有一个轴可以达到规定的预设的所能达到的最大加速度，剩余的轴一般不能达到规定的预设的所能达到的最大加速度，因此需要确定基准轴实际的最大加速度。

步骤S102：根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划。

速度规划也称为轨迹规划，轨迹是指机器人操作臂的位移、速度、加速度。

速度规划方法一般是在机器人的初始位置和目标位置之间用多项式函数来“内插”或“逼近”给定的路径，并产生一系列的控制点。

常见的机器人的作业有两种：点位作业（PTP）和连续路径作业（CP，Continuous Path）。

PTP的速度规划方法是要求对于选定的轨迹节点（插值点）上的位移、速度以及加速度给出一组显式约束（例如连续性和光滑程度），例如，从n次多项式函数选取参数化轨迹节点，对轨迹节点进行插值，并满足约束条件。

在获得基准轴实际的最大加速度后，即可以确定基准轴基于梯形的速度规划。梯形的速度规划是运动控制中最简单的速度规划，运动过程一般是从给定的位置起点开始，以给定加速度运动，当运动到给定的最大速度时，以最大速度为不变速度的匀速运动，最后以给定的反向加速度运动到另一个位置终点。

步骤S103：根据基准轴的速度规划，按照位移比例确定n轴机器人中剩余轴的速度规划，位移比例是指基准轴与剩余轴的动态特性物理量之间的比值等于基准轴与剩余轴预设的从起点到终点的最大位移之间的比值。

位移比例是指基准轴的动态特性物理量与剩余轴的动态特性物理量的比值等于基准轴预设的从起点到终点的最大位移与剩余轴预设的从起点到终点的最大位移的比值。例如：对基准轴规划出的位移为S_k（t），对剩余轴规划出的位移为S_i（t），则S_i（t）/S_k（t）=S_i/S_k，S_i是剩余轴预设的从起点到终点的最大位移，S_k是基准轴预设的从起点到终点的最大位移。

确定了基准轴的速度规划，按照位移比例即可确定n轴机器人中剩余轴的速度规划。

步骤S104：根据基准轴的速度规划和n轴机器人中剩余轴的速度规划，控制n轴机器人平稳运动。

在获得n轴机器人的基准轴的速度规划和剩余轴的速度规划后，即可控制n轴机器人平稳运动，进行相应的作业。

本发明根据机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴；确定基准轴实际的最大加速度；根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划；按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划。通过这种方式，只需要计算基准轴的速度规划，按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划，计算量大大减小，且按照位移比例能够保证机器人各轴的运动时间严格一致。

参阅图2至图3，图2至图3是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的方法两个实施方式的流程图，包括：

步骤S201：输入n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，n为大于等于2的自然数。

每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件是指为了让机器人实现同步PTP运动中某个执行动作时，所规定的每个轴的动态特性物理量预设的所能达到的最大值。

其中，n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件包括：每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，i等于1、2、…、n。

步骤S202：根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，k是小于等于n的自然数。

根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，可以得到每个轴单独运动时从起点到终点所花费的时间，运动时间最大的轴即为基准轴。

在n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件包括每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i时，步骤S202包括：

步骤S202a：计算n轴机器人中每个轴的运动时间，其中，每个轴的运动时间等于每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大速度V_i。

计算n轴机器人中每个轴的运动时间，即T=S_i/V_i。需要说明的是，在实际应用中，也可以采用其它方法获得n轴机器人中每个轴的运动时间，例如：可以将每个轴的运动都单独按照要求的动态特性进行轨迹规划，得到每个轴单独的运动时间。

步骤S202b：选取计算的n轴机器人中每个轴的运动时间中运动时间最大的轴为基准轴k，即 $k=\left\{i\right|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{V_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

步骤S203：根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定基准轴实际的最大加速度。

其中，步骤S203包括：步骤S203a、步骤S203b以及步骤S203c。

步骤S203a：计算n轴机器人中每个轴的第一比值，第一比值等于每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i。

根据步骤S203a，第一比值=S_i/A_i。

步骤S203b：根据计算的n轴机器人中每个轴的第一比值，确定第一比值中最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i。

从n个第一比值中可以获知最大的第一比值，根据该最大的第一比值，可以确定该第一比值所对应的轴，从而获知该最大第一比值对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i。

步骤S203c：根据已确定的最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i，按照位移比例确定基准轴实际的最大加速度A′_k，即

$A_k^{\′}=\{A_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{A_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

按照位移比例确定基准轴实际的最大加速度A′_k，即

在实际应用中，步骤S203还可以通过其它方法确定基准轴实际的最大加速度。比如可以直接使用基准轴预设的所能达到的最大加速度来作为最后对基准轴进行速度规划的实际的加速度。通过这种方式，最后其它的某个或某些轴的加速度有可能会超过该轴预设的所能达到的最大加速度。

步骤S204：根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划。

在获得基准轴实际的最大加速度后，即可以确定基准轴基于梯形的速度规划。梯形的速度规划是运动控制中最简单的速度规划，运动过程一般是从给定的位置起点开始，以给定加速度运动，当运动到给定的最大速度时，以最大速度为不变速度的匀速运动，最后以给定的反向加速度运动到另一个位置终点。

步骤S205：根据基准轴的速度规划，按照位移比例确定n轴机器人中剩余轴的速度规划，位移比例是指基准轴与剩余轴的动态特性物理量之间的比值等于基准轴与剩余轴预设的从起点到终点的最大位移之间的比值；

其中，步骤S205具体包括：根据基准轴的速度规划中的位移S_k(t)，按照位移比例确定n轴机器人中剩余轴的速度规划中的位移S_i(t)，即i＝1,2,...,n，其中，S_k(t)表示在时间t对基准轴规划出的位移。

当然，步骤S205也可以根据基准轴的速度规划中的速度或加速度，按照位移比例确定n轴机器人中剩余轴的速度规划中的速度或加速度。

例如，对于一个6轴机器人，起点对应的各轴角度为0度、0度、0度、0度、0度以及0度，终点各轴对应的角度为10度、20度、30度、40度、50度以及60度，各轴最大速度为20度/秒、20度/秒、20度/秒、20度/秒、20度/秒以及20度/秒，各轴最大加速度为180度/秒²、180度/秒²、180度/秒²、180度/秒²、180度/秒²1以及180度/秒²，各轴最大加加速度为1000度/秒³、1000度/秒³、1000度/秒³、1000度/秒³、1000度/秒³以及1000度/秒³。

通过本实施方式规划出的基准轴为轴6，同步PTP运动各轴的角度位置、角速度、角加速度随时间变化曲线如图4至图6所示。从图4至图6可以看出：6轴机器人的6个轴同步加速、同步匀速、同步减速，实现机器人各轴的严格同步。

步骤S206：根据基准轴的速度规划和n轴机器人中剩余轴的速度规划，控制n轴机器人平稳运动。

另外，如果需要对n轴机器人进行S型速度规划，在步骤S201中，n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件除了包括每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，还包括每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，那么步骤S202之后，还包括：

步骤S207：根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定基准轴实际的最大加加速度。

步骤S207和步骤S203没有明显的先后顺序，可以并行一起执行（如图3），也可以按照先后顺序执行。

其中，步骤S207包括：步骤S207a、步骤S207b以及步骤S207c。

步骤S207a：计算n轴机器人中每个轴的第二比值，第二比值等于每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i除以每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i。

步骤S207b：根据计算的n轴机器人中每个轴的第二比值，确定第二比值中最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i。

步骤S207c：根据已确定的最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，按照位移比例确定基准轴实际的最大加加速度J_k′，即 $J_k^{\′}=\{J_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{J_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

在实际应用中，步骤S207还可以通过其它方法确定基准轴实际的最大加加速度。比如可以直接使用基准轴预设的所能达到的最大加加速度来作为最后对基准轴进行速度规划的实际的加加速度。通过这种方式，最后其它的某个或某些轴的加加速度有可能会超过该轴预设的所能达到的最大加加速度。

如果在步骤S201中，n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件除了包括每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，还包括每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，那么步骤S204包括：

步骤S204a：根据基准轴实际的最大加速度和实际的最大加加速度，确定基准轴的速度规划。

需要说明的是，在实际应用中，可以根据具体情况对本发明实施方式中的步骤进行增减，在此不再进行赘叙。

本发明根据机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴；确定基准轴实际的最大加速度；根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划；按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划。通过这种方式，只需要计算基准轴的速度规划，按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划，计算量大大减小，且按照位移比例能够保证机器人各轴的运动时间严格一致。

参阅图7，图7是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的装置一实施方式的结构示意图，该装置包括：选取模块101、第一确定模块102、第二确定模块103、第三确定模块104以及控制模块105。

可选地，图7的装置可以执行图1至图3中的步骤。

选取模块101用于根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，n为大于等于2的自然数，k是小于等于n的自然数。

每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件是指为了让机器人实现同步PTP运动中某个执行动作时，所规定的每个轴的动态特性物理量预设的所能达到的最大值。

根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，可以得到每个轴单独运动时从起点到终点所花费的时间，运动时间最大的轴即为基准轴。

第一确定模块102用于根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定基准轴实际的最大加速度。

在选取n轴机器人的基准轴后，即可根据每个轴的动态特性物理量的最大值条件，确定基准轴实际的最大加速度。

第二确定模块103用于根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划。

在获得基准轴实际的最大加速度后，即可以确定基准轴基于梯形的速度规划。梯形的速度规划是运动控制中最简单的速度规划，运动过程一般是从给定的位置起点开始，以给定加速度运动，当运动到给定的最大速度时，以最大速度为不变速度的匀速运动，最后以给定的反向加速度运动到另一个位置终点。

第三确定模块104用于根据基准轴的速度规划，按照位移比例确定n轴机器人中剩余轴的速度规划，位移比例是指基准轴与剩余轴的动态特性物理量之间的比值等于基准轴与剩余轴预设的从起点到终点的最大位移之间的比值。

控制模块105用于根据基准轴的速度规划和n轴机器人中剩余轴的速度规划，控制n轴机器人平稳运动。

在获得n轴机器人的基准轴的速度规划和剩余轴的速度规划后，即可控制n轴机器人平稳运动，进行相应的作业。

本发明根据机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴；确定基准轴实际的最大加速度；根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划；按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划。通过这种方式，只需要计算基准轴的速度规划，按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划，计算量大大减小，且按照位移比例能够保证机器人各轴的运动时间严格一致。

参阅图8和图9，图8和图9是本发明机器人中实现同步点到点PTP运动的装置两个实施方式的结构示意图，该装置包括：输入模块201、选取模块202、第一确定模块203、第二确定模块204、第三确定模块205以及控制模块206。

可选地，图8和图9的装置可以执行图2和图3中的步骤。

输入模块201用于输入n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，n是大于等于2的自然数。

其中，n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件包括：每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，i等于1、2、…、n。

选取模块202用于根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，k是小于等于n的自然数。

在n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件包括每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i时，选取模块202包括：第一计算单元2021和选取单元2022。

第一计算单元2021用于计算n轴机器人中每个轴的运动时间，其中，每个轴的运动时间等于每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大速度V_i。

选取单元2022用于选取计算的n轴机器人中每个轴的运动时间中运动时间最大的轴为基准轴k，即 $k=\left\{i\right|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{V_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

第一确定模块203用于根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定基准轴实际的最大加速度。

第一确定模块203包括：第二计算单元2031、第一确定单元2032以及第二确定单元2033。

第二计算单元2031用于计算n轴机器人中每个轴的第一比值，第一比值等于每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i。

第一确定单元2032用于根据计算的n轴机器人中每个轴的第一比值，确定第一比值中最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i。

第二确定单元2033用于根据已确定的最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i，按照位移比例确定基准轴实际的最大加速度A′_k，即 $A_k^{\′}=\{A_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{A_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

第二确定模块204用于根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划。

第三确定模块205用于根据基准轴的速度规划，按照位移比例确定n轴机器人中剩余轴的速度规划，位移比例是指基准轴与剩余轴的动态特性物理量之间的比值等于基准轴与剩余轴预设的从起点到终点的最大位移之间的比值。

第三确定模块205具体用于根据基准轴的速度规划中的位移S_k(t)，按照位移比例确定n轴机器人中剩余轴的速度规划中的位移S_i(t)，即

i＝1,2,...,n，其中，S_k(t)表示在时间t对基准轴规划出的位移。

控制模块206用于根据基准轴的速度规划和n轴机器人中剩余轴的速度规划，控制n轴机器人平稳运动。

另外，如果需要对n轴机器人进行S型速度规划，n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件除了包括每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，还包括每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，此时，该装置还包括：第四确定模块207。

第四确定模块207用于根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定基准轴实际的最大加加速度。

第四确定模块207包括：第三计算单元2071、第三确定单元2072以及第四确定单元2073。

第三计算单元2071用于计算n轴机器人中每个轴的第二比值，第二比值等于每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i。

第三确定单元2072用于根据计算的n轴机器人中每个轴的第二比值，确定第二比值中最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i。

第四确定单元2073用于根据已确定的最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，按照位移比例确定基准轴实际的最大加加速度J_k'，即 $J_k^{\′}=\{J_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{J_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

如果n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件除了包括每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，还包括每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，那么第二确定模块204还用于根据基准轴实际的最大加速度和实际的最大加加速度，确定基准轴的速度规划。

需要说明的是，在实际应用中，可以根据具体情况对本发明实施方式中的模块或者单元进行增减，在此不再进行赘叙。

本发明根据机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴；确定基准轴实际的最大加速度；根据基准轴实际的最大加速度，确定基准轴的速度规划；按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划。通过这种方式，只需要计算基准轴的速度规划，按照位移比例确定机器人中剩余轴的速度规划，计算量大大减小，且按照位移比例能够保证机器人各轴的运动时间严格一致。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (18)

1.一种机器人中实现同步点到点PTP运动的方法，其特征在于，包括：

根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，并确定所述基准轴实际的最大加速度，n为大于等于2的自然数，k是小于等于n的自然数；

根据所述基准轴实际的最大加速度，确定所述基准轴的速度规划；

根据所述基准轴的速度规划，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划，所述位移比例是指所述基准轴与所述剩余轴的动态特性物理量之间的比值等于所述基准轴与所述剩余轴预设的从起点到终点的最大位移之间的比值；

根据所述基准轴的速度规划和所述n轴机器人中剩余轴的速度规划，控制所述n轴机器人平稳运动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件包括：每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，i等于1、2、...、n。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴的步骤，包括：

计算所述n轴机器人中每个轴的运动时间，其中，所述每个轴的运动时间等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以所述每个轴预设的所能达到的最大速度V_i；

选取所述计算的n轴机器人中每个轴的运动时间中运动时间最大的轴为所述基准轴k，即 $k=\left\{i\right|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{V_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述基准轴实际的最大加速度的步骤，包括：

计算所述n轴机器人中每个轴的第一比值，所述第一比值等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i；

根据计算的所述n轴机器人中每个轴的第一比值，确定所述第一比值中最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i；

根据已确定的所述最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i，按照位移比例确定所述基准轴实际的最大加速度A′_k，即 $A_k^{\′}$

$=\{A_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{A_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述基准轴的速度规划，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划的步骤，包括：

根据所述基准轴的速度规划中的位移S_k(t)，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划中的位移S_i(t)，即

i＝1,2,...,n，其中，S_k(t)表示在时间t对所述基准轴规划出的位移。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件还包括每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，并确定所述基准轴实际的最大加速度的步骤，包括：根据所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，并确定所述基准轴实际的最大加速度和实际的最大加加速度。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定所述基准轴实际的最大加加速度的步骤，包括：

计算所述n轴机器人中每个轴的第二比值，所述第二比值等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i；

根据计算的所述n轴机器人中每个轴的第二比值，确定所述第二比值中最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i；

根据已确定的所述最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，按照位移比例确定所述基准轴实际的最大加加速度J_k′，即 $J_k^{\′}=\{J_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{J_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述基准轴实际的最大加速度，确定所述基准轴的速度规划的步骤，包括：根据所述基准轴实际的最大加速度和实际的最大加加速度，确定所述基准轴的速度规划。

10.一种机器人中实现同步点到点PTP运动的装置，其特征在于，所述装置包括：

选取模块，用于根据n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，选取所述n轴机器人中运动时间最大的轴为基准轴k，n为大于等于2的自然数，k是小于等于n的自然数；

第一确定模块，用于根据所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定所述基准轴实际的最大加速度；

第二确定模块，用于根据所述基准轴实际的最大加速度，确定所述基准轴的速度规划；

第三确定模块，用于根据所述基准轴的速度规划，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划，所述位移比例是指所述基准轴与所述剩余轴的动态特性物理量之间的比值等于所述基准轴与所述剩余轴预设的从起点到终点的最大位移之间的比值；

控制模块，用于根据所述基准轴的速度规划和所述n轴机器人中剩余轴的速度规划，控制所述n轴机器人平稳运动。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件包括：每个轴预设的所能达到的最大速度V_i和每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i，i等于1、2、…、n。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述选取模块包括：

第一计算单元，用于计算所述n轴机器人中每个轴的运动时间，其中，所述每个轴的运动时间等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以所述每个轴预设的所能达到的最大速度V_i；

选取单元，用于选取所述计算的n轴机器人中每个轴的运动时间中运动时间最大的轴为所述基准轴k，即 $k=\left\{i\right|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{V_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包括：

第二计算单元，用于计算所述n轴机器人中每个轴的第一比值，所述第一比值等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加速度A_i；

第一确定单元，用于根据计算的所述n轴机器人中每个轴的第一比值，确定所述第一比值中最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i；

第二确定单元，用于根据已确定的所述最大第一比值所对应的轴预设的所能达到的最大加速度A_i，按照位移比例确定所述基准轴实际的最大加速度A′_k，即 $A_k^{\′}=\{A_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{A_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块具体用于根据所述基准轴的速度规划中的位移S_k(t)，按照位移比例确定所述n轴机器人中剩余轴的速度规划中的位移S_i(t)，即

i＝1,2,...,n，其中，S_k(t)表示在时间t对所述基准轴规划出的位移。

15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件还包括每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第四确定模块，所述第四确定模块用于根据所述n轴机器人中每个轴预设的动态特性物理量的最大值条件，确定所述基准轴实际的最大加加速度。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述第四确定模块包括：

第三计算单元，用于计算所述n轴机器人中每个轴的第二比值，所述第二比值等于所述每个轴预设的从起点到终点的最大位移S_i的绝对值除以每个轴预设的所能达到的最大加加速度J_i；

第三确定单元，用于根据计算的所述n轴机器人中每个轴的第二比值，确定所述第二比值中最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i；

第四确定单元，用于根据已确定的所述最大第二比值所对应的轴预设的所能达到的最大加加速度J_i，按照位移比例确定所述基准轴实际的最大加加速度J_k'，即 $J_k^{\′}=\{J_i\×\frac{\left|S_k\right|}{\left|S_i\right|}|\max \left(\frac{\left|S_i\right|}{J_i}\right),i=\mathrm{1,2},...,n\}.$

18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块还用于根据所述基准轴实际的最大加速度和实际的最大加加速度，确定所述基准轴的速度规划。

Images