CN108073162A - 一种通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法，判断机器人实际位置是否偏离理论轨迹，如果是，则根据实际位置及当前规划的命令位置插入运动段；否则，按照原轨迹正常规划；按照插入运动段后的轨迹进行规划。本发明采用全闭环控制，可保证机器人各运动方向定位精度和重复定位精度，且在不同运动阶段采用不同的运动控制方式，在速度规划过程，引入新的规划运动段，既避免了为保证速度规划的平稳性而带来的实际电机运转的不稳定，也保证轨迹运动速度的平稳性，减小随动误差，提高运动精度，使机器人轨迹速度平滑度高，动态性好。

Description

一种通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法

技术领域

本发明涉及机器人控制领域，具体地说是一种通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法。

背景技术

随着机器人越来越广泛的应用，机器人轨迹精度、定位精度、重复定位精度的要求也日益提高，传统的单反馈闭环控制系统没有考虑实际轨迹与理论轨迹的角度偏差，存在运动控制过程中不平稳、易引起振动，已不能完全满足机器人的运动控制要求，一方面运动精度受到影响，另一方面还会造成加快机器人传动装置的磨损，产生较大的运动误差。而这些误差已经严重影响到机器人的运动精度及其运动稳定性，也降低了机器人传动装置的使用寿命。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种动态实时调整运动轨迹，实现运动轨迹的动态调整，提高机器人运动速度平滑性的控制方法，提高机器人轨迹的定位精度、重复定位精度以及精度可靠性。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：判断机器人实际位置是否偏离理论轨迹，如果是，则根据实际位置及当前规划的命令位置插入运动段；否则，按照原轨迹正常规划；

步骤2：按照插入运动段后的轨迹进行规划。

所述判断机器人实际位置是否偏离理论轨迹包括以下过程：

步骤1：采集各方向实际位置，并计算实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量；

步骤2：根据实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量，计算两者之间夹角；

步骤3：如果实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量的夹角小于系统参数配置所确定的允许角度，则正常进行轨迹规划；否则计算实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量的模的大小，并继续判断实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量的模的大小是否大于系统参数配置所确定的允许长度；

步骤4：如果实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量的模的大小大于系统参数配置所确定的允许长度，则根据实际位置及当前规划的命令位置插入运动段；否则，按照原轨迹正常规划。

所述实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量为：

其中，设命令位置坐标为P(x,y)，实际位置坐标为P'(x',y')。

所述实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量的夹角包括以下计算过程：

设运动段的起点坐标为O(x0,y0)，则理论轨迹方向矢量为：

矢量的单位化：

矢量的夹角θ为：

θ＝a cos(d)

其中，插入运动段前理论轨迹的命令位置P(x,y)，插入运动段前理论轨迹的实际位置P'(x',y')，为矢量的模，为矢量的模，d为矢量单位化矢量与的数量积，θ为实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量间的夹角。

所述根据实际位置及当前规划的命令位置插入运动段包括以下过程：

修改插入运动段前的理论轨迹信息，然后初始化所插入的运动段信息，形成插入运动段后的理论轨迹。

所述修改插入运动段前的理论轨迹信息包括：将插入运动段前的理论轨迹的起点修改为当前的规划的命令位置；将规划速度修改为零；将规划长度修改为从起点到目标点的距离；将已规划长度修改为零。

所述初始化所插入的运动段信息包括：

设置插入运动段的起点位置为当前反馈位置；设置目标位置为插入运动段前的目标位置；设置当前规划速度、加速度为插入运动段前的规划速度、加速度；设置规划长度为从起点到目标点的距离；设置已规划长度为零。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明采用全闭环控制，可保证机器人各运动方向定位精度和重复定位精度。

2.本发明在不同运动阶段采用不同的运动控制方式，在速度规划过程，引入新的规划运动段，既避免了为保证速度规划的平稳性而带来的实际电机运转的不稳定，也保证轨迹运动速度的平稳性，减小随动误差，提高运动精度，使机器人轨迹速度平滑度高，动态性好。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的实际位置偏离理论轨迹的判断流程图；

图3是本发明的运动段添加示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示为本发明的方法流程图。

判断机器人实际位置是否偏离理论轨迹，如果是，则根据实际位置及当前规划的命令位置插入运动段；否则，按照原轨迹正常规划；

按照插入运动段后的轨迹进行规划。

所述根据采集到的各方向实际位置，计算实际位置与命令位置之间的方向矢量，具体为：

设命令位置坐标为P(x,y)，实际位置坐标为P'(x',y')

则实际位置与命令位置之间的方向矢量为：

所述根据实际位置与命令位置之间的方向矢量与理论轨迹方向矢量，计算两者之间夹角，具体为：

设程序段的起点坐标为O(x0,y0)，则理论轨迹方向矢量为：

矢量的单位化：

矢量的夹角θ为：

θ＝a cos(d)

如图2所示为本发明的实际位置偏离理论轨迹的判断流程图。

步骤1：采集各方向实际位置，并计算实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量；

步骤2：根据实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量，计算两者之间夹角；

步骤3：如果实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量的夹角小于系统参数配置所确定的允许角度，则正常进行轨迹规划；否则计算实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量的模的大小，并继续判断实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量的模的大小是否大于系统参数配置所确定的允许长度；

步骤4：如果实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量的模的大小大于系统参数配置所确定的允许长度，则根据实际位置及当前规划的命令位置插入运动段；否则，按照原轨迹正常规划。

如图3所示为本发明的运动段添加示意图。

所述需要插入运动段生成插入运动段后的理论轨迹。具体为：

1插入运动段前的理论轨迹的修改

将插入运动段前的理论轨迹的起点修改为当前的规划的命令位置；将规划速度修改为零；将规划长度修改为从起点到目标点的距离；将已规划长度修改为零。

2初始化所插入的运动段信息

设置插入运动段的起点位置为当前反馈位置；设置目标位置为插入运动段前的目标位置；设置当前规划速度、加速度为插入运动段前的规划速度、加速度；设置规划长度为从起点到目标点的距离；设置已规划长度为零。

所述的允许角度值，允许长度值为预先设置的参数。

Claims (7)

1.一种通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：判断机器人实际位置是否偏离理论轨迹，如果是，则根据实际位置及当前规划的命令位置插入运动段；否则，按照原轨迹正常规划；

步骤2：按照插入运动段后的轨迹进行规划。

2.根据权利要求1所述的通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法，其特征在于，所述判断机器人实际位置是否偏离理论轨迹包括以下过程：

步骤1：采集各方向实际位置，并计算实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量；

步骤2：根据实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量，计算两者之间夹角；

步骤3：如果实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量的夹角小于系统参数配置所确定的允许角度，则正常进行轨迹规划；否则计算实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量的模的大小，并继续判断实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量的模的大小是否大于系统参数配置所确定的允许长度；

步骤4：如果实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量的模的大小大于系统参数配置所确定的允许长度，则根据实际位置及当前规划的命令位置插入运动段；否则，按照原轨迹正常规划。

3.根据权利要求1所述的通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法，其特征在于，所述实际位置与命令位置之间的实际轨迹方向矢量为：

其中，设命令位置坐标为P(x,y)，实际位置坐标为P'(x',y')。

4.根据权利要求1所述的通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法，其特征在于，所述实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量的夹角包括以下计算过程：

设运动段的起点坐标为O(x0,y0)，则理论轨迹方向矢量为：

<mrow> <mover> <mrow> <mi>O</mi> <mi>P</mi> </mrow> <mo>&amp;RightArrow;</mo> </mover> <mo>=</mo> <mo>{</mo> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mi>x</mi> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>-</mo> <mi>y</mi> <mn>0</mn> <mo>}</mo> </mrow>

矢量的单位化：

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矢量的夹角θ为：

θ＝a cos(d)

其中，插入运动段前理论轨迹的命令位置P(x,y)，插入运动段前理论轨迹的实际位置P'(x',y')，为矢量的模，为矢量的模，d为矢量单位化矢量与的数量积，θ为实际轨迹方向矢量与理论轨迹方向矢量间的夹角，a cos(d)为计算d的反余弦函数。

5.根据权利要求1或2所述的通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法，其特征在于，所述根据实际位置及当前规划的命令位置插入运动段包括以下过程：

修改插入运动段前的理论轨迹信息，然后初始化所插入的运动段信息，形成插入运动段后的理论轨迹。

6.根据权利要求5所述的通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法，其特征在于，所述修改插入运动段前的理论轨迹信息包括：将插入运动段前的理论轨迹的起点修改为当前的规划的命令位置；将规划速度修改为零；将规划长度修改为从起点到目标点的距离；将已规划长度修改为零。

7.根据权利要求5所述的通过插入运动段实现机器人平滑运动的控制方法，其特征在于：所述初始化所插入的运动段信息包括：

设置插入运动段的起点位置为当前反馈位置；设置目标位置为插入运动段前的目标位置；设置当前规划速度、加速度为插入运动段前的规划速度、加速度；设置规划长度为从起点到目标点的距离；设置已规划长度为零。