CN104793568A

CN104793568A - 多轴插补方法

Info

Publication number: CN104793568A
Application number: CN201510167145.5A
Authority: CN
Inventors: 姜正涛; 田博; 何新权; 聂兴; 黄健洪
Original assignee: Ming Su Automation Equipment Co Ltd Of Shenzhen
Current assignee: Ming Su Automation Equipment Co Ltd Of Shenzhen
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2015-07-22

Abstract

本发明公开了一种多轴插补方法，属于机械插补方法技术领域。包括基于ARM或者DSP芯片的计数器、脉冲发生器和或门，所述或门连接所述计数器和脉冲发生器；通过计数器、脉冲发生器和或门实现脉冲发生的控制，具体步骤首先计算得到轨迹轮廓数据；然后转化为多轴直线插补控制指令或者多轴螺旋插补控制指令；由脉冲发送器发出脉冲信号，脉冲信号和计数器的设定信号匹配，经过或门最终将该脉冲信号输出；最终输出给伺服电机从而带动各电机实现多轴插补运动控制。本技术提高了插补计算的速度，同时减少插补时间周期，提高了效率，降低了成本。

Description

多轴插补方法

技术领域

本发明涉及数控机器的插补方法技术领域，尤其是涉及运动机器的多轴插补方法。

背景技术

工业机器人实时插补是工业机器人运动核心技术之一，工业机器人的位置控制，通常采用示教再现的方法，即让机器人记住之前示教过的位置点，然后再重复这些位置点，因此，示教的位置点数越多，机器人运动越精确，但效率越低。为了解决这一问题，引入了工业机器人实时插补方法。

工业机器人实时插补方法包括空间直线插补、平面圆弧插补、空间圆弧插补，其方法的优劣直接影响工业机器人执行精度和效率，并且对工业机器人运动轨迹规划有很大的影响。工业机器人通常需要多轴、多关节联动，而多轴、多关节联动算法涉及到多坐标轴系统，属于高科技范畴，算法非常复杂，并且国外对我国技术上是封锁的，目前国内对于如何建立多坐标轴系统研究不多，由于算法复杂，难以应用到实际的工业机器人开发中，并且算法执行效率低、精度差，因此，如何找到一种既简单又高效的多坐标轴插补实现方法，成为了很重要的科研命题。

当前，运动控制领域，插补运算是一种常用的运算，一般采用逐点比较法或数字积分法，通常FPGA或专用运动控制来实现，价格高，实现3轴以上的插补较为困难，随着微电子技术的发展，ARM，DSP器件的主频越来越高，价格越来越低，分时插补的时间周期会越来越小，低成本，高性能的插补运算方案成为可能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种实现快速、低成本、高效率的多轴插补方法。

为了解决上述的技术问题，本发明提出的基本技术方案为：一种多轴插补方法，包括基于ARM或者DSP芯片的计数器、脉冲发生器和或门，所述或门连接连接所述计数器和脉冲发生器；通过计数器、脉冲发生器和或门实现脉冲发生的控制，具体步骤如下：

S1：插补软件根据输入的控制指令计算得到轨迹轮廓数据；

S2：将轨迹轮廓数据转化为多轴直线插补控制指令或者多轴螺旋插补控制指令；

S3：多轴直线插补控制指令或者多轴圆弧插补控制指令传输到脉冲发生器，由脉冲发送器发出脉冲信号，脉冲信号和计数器的设定信号匹配，经过或门最终将该脉冲信号输出；

S4：输出的脉冲信号传输到相应的伺服驱动器从而带动各电机实现多轴插补运动控制。

进一步的，本发明所述的多轴插补方法中，脉冲信号的插补周期为4轴125μs或者8轴250μs。

进一步的，本发明所述的多轴插补方法中，脉冲发生器的频率大于最大插补脉冲频率。

进一步的，本发明所述的多轴插补方法中，在直线插补时将直线长度作为各轴的参照量，在螺旋插补时将总弧长作为各轴参照量。

进一步的，本发明所述的多轴插补方法中，在进行插补处理之前要进行加减速处理。

进一步的，本发明所述的多轴插补方法，所述加减速处理包括如下步骤，

A1：求得减速点；

A2：若当前位置的速度大于减速点的速度则做减速处理并以此求解下一段坐标位置；若当前位置的速度大于设定最高速度则做匀速处理。

A3：求下一段的位置。

进一步的，加减速处理具体计算如下，

减速点为：

L_{d} = \frac{(C_{i}^{2} - L^{2}) \times T_{2}}{H - L}

当并且C_i＜H时，加速运动，下一周期速度：

C_{i + 1} = C_{i} + \frac{H - L}{T_{1}}

当并且C_i+1≥H时，进行匀速运动，下一周期速度：

C_i+1＝H

当时，减速运动，下一周期速度：

C_{i + 1} = C_{i} - \frac{H - L}{T_{2}}

下一周期位置：

L_{C_{i + 1}} = L_{C_{i}} + C_{i + 1}

其中，T₁为加速时间、T₂为减速时间、H为最高速、L为初始高速、C_i为当前速度、为当前位置。

本发明的有益效果是：

本发明通过ARM或者DSP芯片实现插补计算，提高了插补计算的速度，同时减少插补时间周期，提高了效率，降低了成本。本发明可以实现4轴和8轴的精密控制，并且本发明的4轴插补周期可以缩短到125μs或者8轴插补周期缩短到250μs。

附图说明

图1为本发明所述的多轴插补方法的流程图；

图2为图1所述的脉冲信号发生的示意图；

图3为图1所述的加减速处理的过程原理图。

具体实施方式

以下将结合附图1至附图3对本发明做进一步的说明，但不应以此来限制本发明的保护范围。

对照附图1至附图3：

本发明多轴插补方法一种多轴插补方法，包括基于ARM或者DSP芯片的计数器、脉冲发生器和或门，所述或门连接连接所述计数器和脉冲发生器；通过计数器、脉冲发生器和或门实现脉冲发生的控制，具体步骤如下：

S1：插补软件根据输入的控制指令计算得到轨迹轮廓数据；

具体的，ARM器件和DSP器件的主频非常高，其价格也越来越低，其插补时间周期短，在4轴控制时能够达到125μs、8轴控制时插补周期为250μs。

本发明中，脉冲发生器、计数器和或门是基于ARM或者DSP的，其在使用过程中具有很好的适应性。ARM具有体积小、低功率、低成本、高性能的优点，其支持16位或者32位双指令集，能够很好的兼容8位/16位器件，指令执行速度非常快，效率非常高，并且其能大量使用寄存器，通过寄存器实现大数据处理。

本发明包括插补软件，其镶嵌在ARM处理器或者DSP处理器内部。以下一ARM处理器为例说明。其根据输入ARM处理器的编码生成轨迹轮廓数据，这些轨迹轮廓数据经过该ARM处理器转化成多轴直线插补控制指令或者多轴螺旋插补控制指令；这些控制指令将被传输到ARM处理器内的脉冲发生器内，该脉冲发生器根据多轴直线插补控制指令和多轴螺旋插补控制指令发出脉冲；若果是控制4轴伺服电机，则输出的脉冲信号的插补周期为125μs，若果是控制8轴伺服电机，则输出的脉冲信号的插补周期为250μs。脉冲信号和计数器相匹配，根据设定的程序，脉冲信号和计数器进行0、1叠加，最终将信号输出给或门，由或门决定是否输出脉冲信号给伺服电机。

具体的，在实现插补处理之前要进行加减速处理，首先求得减速点。所谓减速点为在匀速运动阶段转入减速阶段或者由加速阶段转入减速运动阶段的位置。在求解减速点的时候根据当前位置的速度、加减速运动规律和最高速度进行计算得到减速区，然后根据减速规律计算得到减速区长度，并根据是否进入减速区来判断是否进入减速区，最终确定减速点。若当前位置的速度大于减速点的速度则做减速处理并以此求解下一段坐标位置；若当前位置的速度大于设定最高速度则做匀速处理。通过减速点的求解能够极大的提高加工精度。

具体的，加减速处理具体计算如下，

减速点为：

L_{d} = \frac{(C_{i}^{2} - L^{2}) \times T_{2}}{H - L}

当并且C_i＜H时，加速运动，下一周期速度：

C_{i + 1} = C_{i} + \frac{H - L}{T_{1}}

当并且C_i+1≥H时，进行匀速运动，下一周期速度：

C_i+1＝H

当时，减速运动，下一周期速度：

C_{i + 1} = C_{i} - \frac{H - L}{T_{2}}

下一周期位置：

L_{C_{i + 1}} = L_{C_{i}} + C_{i + 1}

进行直线插补时，其具体计算如下：

设定直线插补为X轴、Y轴、Z轴，X轴运行距离为X；Y轴运行距离为Y；Z轴运行距离为Z；

则直线的长度为：

L = \sqrt{X^{2} + Y^{2} + Z^{2}}

下一周期X轴位置：

x_{i + 1} = X \times \frac{L_{C_{i + 1}}}{L};

得出Δx＝x_i+1-x_i，对应X轴本周期的脉冲数，

下一周期Y轴位置：

y_{i + 1} = Y \times \frac{L_{C_{i + 1}}}{L};

得出Δy＝y_i+1-y_i，对应Y轴本周期的脉冲数，

下一周期Z轴位置：

z_{i + 1} = Z \times \frac{L_{C_{i + 1}}}{L};

得出Δz＝z_i+1-z_i，对应Z轴本周期的脉冲数。

进行螺旋插补时，具体计算如下：

设定圆平面为XOY，螺旋Z轴，圆半径为R，Z轴运行距离为Z，圆弧起始角度为ω₀，圆弧结束角度为ω₂

圆弧的长度为：

L＝R×(ω₂-ω₀)；

逆时针旋转时，

下一周期X轴位置：

x_{i + 1} = R \times \cos (ω_{0} + (ω_{2} - ω_{0}) \times L_{C_{i + 1}} / L);

得出Δx＝x_i+1-x_i，对应X轴本周期的脉冲数

下一周期Y轴位置：

y_{i + 1} = R \times \sin (ω_{0} + (ω_{2} - ω_{0}) \times L_{C_{i + 1}} / L);

得出Δy＝y_i+1-y_i，对应Y轴本周期的脉冲数

下一周期Z轴位置：

z_{i + 1} = Z \times \frac{L_{C_{i + 1}}}{L};

得出Δz＝z_i+1-z_i，对应Z轴本周期的脉冲数。

顺时针旋转时：

下一周期X轴位置：

x_{i + 1} = R \times \cos (ω_{0} - (ω_{2} - ω_{0}) \times L_{C_{i + 1}} / L);

得出Δx＝x_i+1-x_i，对应X轴本周期的脉冲数；

下一周期Y轴位置：

y_{i + 1} = R \times \sin (ω_{0} - (ω_{2} - ω_{0}) \times L_{C_{i + 1}} / L);

得出Δy＝y_i+1-y_i，对应Y轴本周期的脉冲数

下一周期Z轴位置：

z_{i + 1} = Z \times \frac{L_{C_{i + 1}}}{L};

得出Δz＝z_i+1-z_i，对应Z轴本周期的脉冲数。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种多轴插补方法，其特征在于：包括基于ARM或者DSP芯片的计数器、脉冲发生器和或门，所述或门连接连接所述计数器和脉冲发生器；通过计数器、脉冲发生器和或门实现脉冲发生的控制，具体步骤如下：

S1：插补软件根据输入的控制指令计算得到轨迹轮廓数据；

2.如权利要求1所述的多轴插补方法，其特征在于：脉冲信号的插补周期为4轴125μs或者8轴250μs。

3.如权利要求1所述的多轴插补方法，其特征在于：脉冲发生器的频率大于最大插补脉冲频率。

4.如权利要求1所述的多轴插补方法，其特征在于：在直线插补时将直线长度作为各轴的参照量，在螺旋插补时将总弧长作为各轴参照量。

5.如权利要求1至4之一所述的多轴插补方法，其特征在于：在进行插补处理之前要进行加减速处理。

6.如权利要求5所述的多轴插补方法，其特征在于：所述加减速处理包括如下步骤，

A1：求得减速点；

A2：若当前位置的速度大于减速点的速度则做减速处理并以此求解下一段坐标位置；若当前位置的速度大于设定最高速度则做匀速处理；

A3：求下一段的位置。

7.如权利要求6所述的多轴插补方法，其特征在于：加减速处理具体计算如下，

减速点为：

L_{d} = \frac{(C_{i}^{2} - L^{2}) \times T_{2}}{H - L}

当并且C_i＜H时，加速运动，下一周期速度：

C_{i + 1} = C_{i} + \frac{H - L}{T_{1}}

当并且C_i+1≥H时，进行匀速运动，下一周期速度：

C_i+1＝H

当时，减速运动，下一周期速度：

C_{i + 1} = C_{i} + \frac{H - L}{T_{2}}

下一周期位置：

L_{C_{i + 1}} = L_{C_{i}} + C_{i + 1}

其中，T₁为加速时间、T₂为减速时间、H为最高速、L为初始高速、C_i为当前速度、L_Ci为当前位置。