CN105278462A - 机器人控制系统轨迹加减速插补算法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人控制系统轨迹加减速插补算法,S1.光顺曲线:插补轨迹先用三次样条spline插值使曲线光滑,计算出各个节点处的函数值和两个边界处的导数信息;S2.在S1已经计算好的三次样条曲线上插入等距点,通过D-H建模后的运动逆运算计算各个转动轴的运动距离。本发明的机器人运动控制方法加减速采用S形+直线加减速,加速度连续变化,加速时间快,运动精度高,速度平滑性好。插补轨迹采用多次样条插补作为粗插补,再采用数字积分法以及等时间插补对轨迹做精插补,V速度高,不会存在插补精度变差。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制领域,具体涉及一种机器人控制系统轨迹加减速插补算法。
背景技术
运动控制加减速方式有:
1、直线加减速。缺点:加速度有突变,速度曲线不平滑。
2、三角函数加减速。缺点:计算复杂。
3、指数型加减速。缺点:在启动和停止2点对机床有冲击。
4、S形加减速。在任何一点的加速度都是连续变化的,从而避免速度的柔性冲击,速度的平滑性好,运动精度高。缺点:当加速度设定跟直线加速度设定相同时,加速时间是直线加速时间的2倍。
传统插补算法:
1、直线插补:根据2点求出直线长度L,由要求的运动速度V及采样周期T,得步长ΔL和总步数S:ΔL=VT,S=INT(L/ΔL)+1,于是可得插补点坐标(S+1个点)。
2、圆弧插补:根据三点求出圆心坐标、半径及圆心角Φ。根据速度求步长ΔL,再求总步数S,S=INT(Φ/ΔL)+1,最后据ΔΦ=Φ/s及圆弧曲线求插补点坐标。
以上两种方法都会存在当插补周期一定,速度越快,ΔL越长,插补精度越差。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种机器人控制系统轨迹加减速插补算法。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:一种机器人控制系统轨迹加减速插补算法,
S1.光顺曲线:插补轨迹先用三次样条spline插值使曲线光滑,计算出各个节点(节点是指什么意思)处的函数值和两个边界处的导数信息;
S2.在S1已经计算好的三次样条曲线上插入等距点,通过D-H建模后的运动逆运算计算各个转动轴的运动距离。
进一步,所述曲线包括:加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段、减减速段,对每个加速度积分得到各段对应速度;
A为最大加速度,J为加加速度,v0为起始速度,vmax为匀加速阶段速度。
本发明的有益效果在于:
本发明的机器人运动控制方法加减速采用S形+直线加减速,加速度连续变化,加速时间快,运动精度高,速度平滑性好。插补轨迹采用多次样条插补作为粗插补,再采用数字积分法以及等时间插补对轨迹做精插补,V速度高,不会存在插补精度变差。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述,其中:
图1为本发明的方法流程图;
图2为三次样条插值曲线图;
图3为分段线性插值曲线图;
图4为距离与时间图,速度与时间图,加速度与时间图,加加速与时间图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。
一种机器人控制系统轨迹加减速插补算法,包括以下步骤:
1、光顺曲线。插补轨迹先用三次样条spline插值使曲线光滑,给出各个节点(spline插值点)处的函数值和两个边界处的导数信息,便可得到不同光滑性的曲线,曲线越光滑,速度越快。这里采用的三次样条是标准的插值方式,不论在区间内或其边界上,其一阶导数dy/dx平滑,二阶导数d2y/dx连续。我们这里不采用分段线性插值的原因是其各个节点用折线连接,拐点的折线夹角越小,运行速度就越低,降低了机器的整体运行速度。三次样条插值和分段线性插值的区别如图1所示:
2、机器人坐标逆运算升降频。在第一步已经计算好的三次样条曲线上插入等距点,通过D-H建模(4X4的奇次变换矩阵描述相邻关节空间坐标系的关系)后的运动逆运算计算各个转动轴的运动距离。加速过程中的加加速和减加速中间插入一段等加速度A1,在减速过程中的加加速和减加速过程中也插入一段匀减加速度A2,使速度快速升到最高速,匀速后从最高速快速降到最低速,且曲线平滑。
所述曲线包括:加加速段I、匀加速段II、减加速段III、匀速段IV、加减速段V、匀减速段VI、减减速段VII,对每个加速度积分得到各段对应速度;
A为最大加速度,J为加加速度,v0为起始速度,vmax为匀加速阶段速度。
在时间0~t1段,加速度按线性方式增长,加速度曲线的I,速度按抛物线方式增长从V0到V1。J设定越大,加速度升到A1越快。
时间t1~t2段,加速度不变,加速度曲线的II,速度按直线方式增长从V1到V2。
在时间t2~t3段,加速度按线性方式减小到0,加速度曲线的III,速度按反抛物线方式增长从V2到V3。
在时间t3~t4段,加速度为0,加速度曲线的IV,速度匀速V3到V4。
在时间t4~t5段,减加速度按线性方式增加,加速度曲线V,速度按反抛物线方式减小从V4到V5。
在时间t5~t6段,加速度不变,加速度曲线的VI,速度按线性方式减小从V5到V6。
在时间t4~t5段,减加速度按线性方式减小,加速度曲线V,速度按反抛物线方式减小从V6到V7。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (2)
1.一种机器人控制系统轨迹加减速插补算法,其特征在于:
S1.光顺曲线:插补轨迹先用三次样条spline插值使曲线光滑,计算出各个节点处的函数值和两个边界处的导数信息;
S2.在S1已经计算好的三次样条曲线上插入等距点,通过D-H建模后的运动逆运算计算各个转动轴的运动距离。
2.根据权利要求1所述的机器人控制系统轨迹加减速插补算法,其特征在于:所述曲线包括:加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段、减减速段,对每个加速度积分得到各段对应速度;
A1为最大加速度,A2是最大减速度,J为加加速度,v0为起始速度,vmax为匀加速阶段速度。
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