CN108829032A

CN108829032A - 一种高精度控制的插补算法

Info

Publication number: CN108829032A
Application number: CN201810548965.2A
Authority: CN
Inventors: 景发俊; 马伏军; 欧阳新建
Original assignee: Heng Chen Electrical Appliances Co Ltd Of Shenzhen
Current assignee: Heng Chen Electrical Appliances Co Ltd Of Shenzhen
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2018-11-16
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: CN108829032B

Abstract

本发明公开一种高精度控制的插补算法，包括：步骤一：通过目标轨迹，映射到各个轴上，选择位移最长的为主轴,进行参数设置；步骤二：读取主轴离散化速度规划数据集，并判断长轴模式，进入相应的处理模式下进行处理；步骤三：根据步骤二进行判断,若是精插补,根据主轴的速度规划，按照离散化的段实施插补，从轴按照函数关系随动插补；若是点位控制，则求取从轴的段位移是按照主轴已运行段，加本次将要运行的段，再按照主从函数关系求取；步骤四：将主从轴的目标位移与实际已经移动位移比较，得出最后一段的主从轴实际输出位移，退出插补。本发明将逐点比较法和最小偏差发结合，并采用主从随动的算法，从而提高了插补精度、速度，降低设计难度。

Description

一种高精度控制的插补算法

技术领域

本发明涉及机器人及数控设备技术领域，特别涉及一种带速度规划的高精度控制的插补算法。

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。目前，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。现有的直线插补算法在涉及联动时，要兼顾各轴的处理，特别是多轴行程不一，各自规划加减速比较繁琐，轴之间的速度难以协调而且精度也不高。并且，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，针对目前现有技术存在的缺陷，实有必要进行开发研究，以提供一种便于提高插补精度、速度，降低设计难度的技术方案。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明提出一种高精度控制的插补算法，以提高插补精度、速度，降低设计难度。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高精度控制的插补算法，包括如下步骤：

步骤一：通过目标轨迹，映射到各个轴上，选择位移最长的为主轴,进行参数设置；

步骤二：读取主轴离散化速度规划数据集，具体地，根据步骤一的参数值，选择相应的长轴进行速度规划，并判断长轴模式，进入相应的处理模式下进行处理；

步骤三：根据步骤二进行判断,若是精插补,根据主轴的速度规划，按照离散化的段实施插补，从轴按照函数关系随动插补；若是点位控制，则求取从轴的段位移是按照主轴已运行段，加本次将要运行的段的位移，再按照主从函数关系求取，主轴的取整误差计入下一段；

步骤四：将主从轴的目标位移与实际已经移动位移比较，得出最后一段的主从轴实际输出位移，退出插补。

优选地，步骤二还包括：读取段规划脉冲数以及本段规划的脉冲执行速度，初始化偏差计算值F。

优选地，步骤三还包括：判断F值大于等于零或是小于零,根据相应的模式情况，进行偏差计算。

优选地，步骤三还包括：根据F值，确定轴的输出脉冲数，可以是一轴输出，也可以是两轴同时输出。

优选地，步骤三还包括：判断主轴目标脉冲剩余是否等于零或大于零但小于周期步长，若否，则返回进行偏差计算，否则，将主轴目标脉冲剩余数存入下一段。

优选地，所述步骤一，还包括：结合逐点和最小偏差，将可能的情况分成四种模式（Mode1，Mode2，Mode3，Mode14），再根据主从轴的不同，每种模式又分为三种情况（Master1，Master2，Master3）。

优选地，步骤一中设置的参数包括：x轴方向、y轴方向、实际位移计算系数、以及x，y轴总规划脉冲数。

本发明技术方案的有益效果是：

本发明将逐点比较法和最小偏差发结合，并采用主从随动的算法，从而精度更高，速度更快，其对联动控制更加简单，软件编写更加简洁，减少了联动的修正，只需考虑一轴的速度规划，避免了两轴之间在有速度规划时的协调难题；应用简单，只需输入起点和终点，自动选择长轴做主轴，从而提高了插补精度、速度，降低设计难度。

附图说明

图1是本发明高精度控制的插补算法流程图示。

图2是本发明模式1下master1情况下的流程图示。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例和附图，对本发明技术方案进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明高精度控制的插补算法包括如下步骤：

步骤一:通过目标轨迹，映射到各个轴上，选择位移最长的为主轴,进行参数设置；

本实施例结合逐点和最小偏差，将可能的情况分成以下几种模式：

Mode1：Xe>=X0&Ye>=Y0；

Mode2：Xe<=X0&Ye<=Y0；

Mode3：Xe<=X0&Ye>=Y0；

Mode4：Xe>=X0&Ye<=Y0；

在四种模式中，再根据主从轴的不同分以下三种情况：

Master1：Y轴为主轴（长轴）；

Master2：X轴为主轴（长轴）；

Master3：X轴为主轴（长轴，斜率为1或-1）；

具体地，输入起点和终点左边半径或起点半径（圆弧），投影到相应的平面（oxy,oxz,oyz），形成不同平面的直线，根据所述四种模式分类，判断类别（mode，master）,并设定以下参数值：

1)dir_x，dir_y; //x轴方向，y轴方向

2)x_coefficient,y_coefficient; //实际位移计算系数

3)temp_cmp_x,temp_cmp_y;//用以根据起点与目标位置判断master模式的变量4)totalPlsNum_X，totalPlsNum_Y. //x，y轴总规划脉冲数

5)master //用以选择最小偏差或逐点插补模式的变量

具体函数如下:

if ((Xe-X0)>=0)

{

dir_x=0;

x_coefficient=1;

temp_cmp_x=Xe-X0;

}

else

{

dir_x=1;

x_coefficient=-1;

temp_cmp_x=X0-Xe;

}

if ((Ye-Y0)>=0)

{

dir_y=0;

y_coefficient=1;

temp_cmp_y=Ye-Y0;

}

else

{

dir_y=1;

y_coefficient=-1;

temp_cmp_y=Ye-Y0;

}

ctr_out_x.dir_axil=dir_x;

ctr_out_y.dir_axil=dir_y;

if (temp_cmp_x<temp_cmp_y)

master=1;

else if (temp_cmp_x==temp_cmp_y)

master=2;

else

master=0;

if (Xe>=X0&&Ye>=Y0) mode=1; else if (Xe<=X0&&Ye>=Y0) mode=2; else if(Xe<=X0&&Ye<=Y0) mode=3; else if (Xe>=X0&&Ye<=Y0) mode=4; else if (Xe==X0&&((Ye>Y0&&Y0>=0)||(Ye<Y0&&Y<=0)))

mode=5;

步骤二: 读取主轴离散化速度规划数据集

根据步骤一的参数值，选择相应的长轴进行速度规划，并判断长轴模式，进入相应的处理模式下进行处理。

具体地,读取段规划脉冲数Esum [0] = uniAxis MovExe.pRDisPlan[secIndex]，读取本段规划的脉冲执行速度ctr_out_x.pulse_vel[sumIndex]=uniAxisMovExe.pRVelPlan[secIndex];初始化偏差计算值F。

步骤三:根据步骤二进行判断,若是精插补,根据主轴的速度规划，按照离散化的段实施插补，从轴按照函数关系随动插补,不用任何规划。

其中，步骤三包括如下具体步骤：

步骤S31、判断F值大于等于零或是小于零,根据相应的模式情况，进行偏差计算。

具体地，若是mode1和master0条件下，F大于等于零则执行逐点插补，并使从轴运行，执行后偏差计算公式采用下面的（3）式；F小于零则执行最小偏差插补法，主从两轴同时运行，执行后偏差计算公式采用下面的（1）式；

若是mode1和 master1条件下，F小于零则执行逐点插补，并使从轴运行，执行后偏差计算公式采用下面的（2）式；F大于等于零则执行最小偏差插补法，主从两轴同时运行，执行后偏差计算公式采用下面的（1）式；

若是mode1和master2条件下，F大于等于零则执行逐点插补，并使从轴运行，执行后偏差计算公式采用下面的（2）式；F小于零也执行执行逐点插补，主轴运行，执行后偏差计算公式采用下面的（3）式:

F=F+step_pulse*pulse_weight*((Xe-X0)) -step_pulse*pulse_weight*((Ye-Y0)) (1)

F=F+step_pulse*pulse_weight*((Xe-X0)) (2)

F=F-step_pulse*pulse_weight*((Ye-Y0)) (3)

其他mode2、mode3、mode4模式与上面类似，以此来采取逐点还是最小偏差法插补。通过最小偏差和逐点的选择，减少了循环次数，节省了运算和程序执行时间。

步骤S32、根据F值，确定轴的输出脉冲数，可以是一轴输出，也可以是两轴同时输出，具体根据步骤一中所得的master值和长短轴来确定，最小偏差时，两轴都输出。从而由从轴直接给出脉冲输出，而不需要去考虑两轴的同步，以及从轴的速度规划，通过修改step_pulse,可以灵活地更改每次给出的脉冲上，实现不同速度和精度的调整，具体修改如下：

ctr_out_x.pulse_num[sumIndex]=step_pulse

ctr_out_y.pulse_num[sumIndex]=step_pulse;

计算目标轨迹执行位置：

Y=Y+step_pulse*pulse_weight*y_coefficient;

X=X+step_pulse*pulse_weight*x_coefficient;

主轴本段目标总数剩余计算：

Esum[i]=Esum[i-1]-step_pulse;

步骤S33、计算偏差值，计算各种插补值

步骤S34、判断主轴目标脉冲剩余是否等于零或大于零但小于周期步长，若否，回到到步骤S31进行偏差计算，否则，将主轴目标脉冲剩余数存入下一段，再结束本小段，回到步骤S2，开始执行下一段；如此实现了取整或计算误差的在下一段消化，避免了累积误差。

根据步骤二进行判断,若是点位控制（粗插补），则求取从轴的段位移是按照主轴已运行段，加本次将要运行的段的位移，再按照主从函数关系求取，主轴的取整误差计入下一段。

步骤四：若最后一段，则将主从轴的目标位移与实际已经移动位移比较，得出最后一段的主从轴实际输出位移，退出插补。

本发明将逐点比较法和最小偏差发结合，并采用主从随动的算法，从而更高的精度，更快的速度。其对联动控制更加简单，软件编写更加简洁，减少了联动的修正，只需考虑一轴的速度规划，避免了两轴之间，在有速度规划时的协调难题。可变的步长设置，根据速度和精度的综合考虑，选择合适的周期步长（设定某轴需要输出脉冲的最小脉冲数），对每段最后又少于周期步长的处理函数，不会在最后一段产生脉冲累积。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高精度控制的插补算法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高精度控制的插补算法，其特征在于，步骤二还包括：读取段规划脉冲数以及本段规划的脉冲执行速度，初始化偏差计算值F。

3.根据权利要求2所述的高精度控制的插补算法，其特征在于，步骤三还包括：判断F值大于等于零或是小于零,根据相应的模式情况，进行偏差计算。

4.根据权利要求3所述的高精度控制的插补算法，其特征在于，步骤三还包括：根据F值，确定轴的输出脉冲数，可以是一轴输出，也可以是两轴同时输出。

5.根据权利要求4所述的高精度控制的插补算法，其特征在于，步骤三还包括：判断主轴目标脉冲剩余是否等于零或大于零但小于周期步长，若否，则返回进行偏差计算，否则，将主轴目标脉冲剩余数存入下一段。

6.根据权利要求5所述的高精度控制的插补算法，其特征在于，所述步骤一，还包括：结合逐点和最小偏差，将可能的情况分成四种模式（Mode1，Mode2，Mode3，Mode14），再根据主从轴的不同，每种模式又分为三种情况（Master1，Master2，Master3）。

7.根据权利要求6所述的高精度控制的插补算法，其特征在于，步骤一中设置的参数包括：x轴方向、y轴方向、实际位移计算系数、以及x，y轴总规划脉冲数。