CN110147077A - 一种工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于运行轨迹技术改进领域，提供了一种工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法,包括：S1、根据目标点位置和机器人设定参数要求确定过渡方案和对整段轨迹进行分段处理；S2、利用余弦曲线结合整段轨迹被分成的各个分段设定的起始速度、终点速度、加速度及减速度进行初步规划出加速段、匀速段及减速段的时间；S3、利用步骤S2中规划处的各个分段时间计算插补点数，根据相应速度和路程方程重新计算匀速段时间。采用余弦曲线插补方法对各段轨迹进行插值，不仅其分布在各个区间的加速度变平滑，且其加加速度也变化平滑。

Description

一种工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法
技术领域
本发明属于运动机器人运行轨迹技术改进领域，尤其涉及一种工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法。
背景技术
机器人的插补规划，在机器人的运动控制中具有重要的作用，直接影响着控制的准确性和快速性。例如机器人在进行码垛，喷涂，抓取等运动的过程中，不仅要求机器人在运动终点处准确定位，还要求机器人在沿着所希望的路径运动时尽可能的减少节拍时间已提高机器人的效率。对于工业机器人提高机器人的运行速度不能仅仅只提高机器人的整体速率、加加速度，还要求在实现高速控制的同时减少机器人在启停时受到的刚性冲击和振动。为此研究了余弦型加减速速度规划方法。余弦型加减速速度规划方法与传统的机器人或数控系统中使用的梯形加减速速度曲线规划相比，解决了在加减速的起点和终点处加加速度会达到无穷大或可能引起加速度突变的缺点，进一步减少了电机在速度需要短时间内变换时受到的刚性冲击。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，旨在解决在加减速的起点和终点处加加速度会达到无穷大或可能引起加速度突变的问题。
本发明是这样实现的，一种工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，所述工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法包括以下步骤：
S1、根据目标点位置和机器人设定参数要求确定过渡方案和对整段轨迹进行分段处理；
S2、利用余弦曲线结合整段轨迹被分成的各个分段设定的起始速度、终点速度、加速度及减速度进行初步规划出加速段、匀速段及减速段的时间；
S3、利用步骤S2中规划处的各个分段时间计算插补点数，根据相应速度和路程方程重新计算匀速段时间。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1中还包括以下步骤：
S11、根据工业机器人的类梯形运动轨迹设置机器人来回往返运动的路径，并根据轨迹路径进行插补分析。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S1中机器人在利用余弦曲线进行运动轨迹插补在保证加速度和加加速度的平滑性时，其中，加速段插补曲线：匀速段：f(t)＝0.5*(Vs+Vc)*T1+Vc*(T2-T1)，减速段： 其中Vs为设置起始速度，为设置匀速速度，为设置终点速度，T1为加速度段时间点，T2为匀速段结束时间点，T3为减速段结束时间点。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2中还包括以下步骤：
S21、在对加速段计算求其二次导得其加速度曲线为
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2中还包括以下步骤：
S22、在对减速段进行二次导得到其加速度曲线为
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2中还包括以下步骤：
S23、将加速段、匀速段、减速段的三段路程分别表示为L1＝0.5(Vs+Vc)*T1，L2＝Vc*(T2-T1)，L3＝0.5(Vc+Ve)*(T3-T2)，根据总路程L1+L2+L3＝S获得匀速段结束时间点为
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S2中还包括以下步骤：
S24、判断匀速段L2是否存在大于等于0，如L2≥0时，其存在匀速段并且不做其他处理，如L2＜0时，其匀速段不存在，则重新规划Vc、T1、T2、T3。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S3中在计算插补点数时向前加一位取整数。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤S3中在计算插补时间中通过改变匀速段的速度的方式提高插补精度，其步骤包括以下步骤：
S31、计算各个分段中曲线的插补实际时间；
S32、根据总路程不便原则L1′+L2′+L3′＝S获取
本发明的有益效果是：采用余弦曲线插补方法对各段轨迹进行插值，不仅其分布在各个区间的加速度变平滑，且其加加速度也变化平滑。可以把机器人各关节的驱动力矩，分配到机器人插补的各个区间，可以防止高速插补时起始或结束段各关节的驱动力矩过大，造成电机报警，导致插补无法完成的现象。
附图说明
图1是本发明实施例提供的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的插补余弦曲线示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其详述如下：
步骤S1，根据目标点位置和机器人设定参数要求确定过渡方案和对整段轨迹进行分段处理；在工业上，利用机器人进行作业越来越多，在机器人运动过程中需要进行插补处理，要根据目标位置的点坐标和机器人设定参数之间的要求，对确定的类梯形过渡方案和对整段路径轨迹进行分段处理，在分段处理过程中，根据工业机器人的常用的类梯形运动轨迹，将机器人运动整个路径分为P1→P2→P3→P4，然后从P4→P3→P2→P1，这里以P1→P2→P3→P4的轨迹进行插补分析；在插补分析中，在工业机器人用余弦型曲线进行运动轨迹的插补时，为了保证加速度和加加速度的平滑性，分别对加速段、匀速段、减速段插补曲线进行设置如下：
加速段：
匀速段：
f(t)＝0.5*(Vs+Vc)*T1+Vc*(T2-T1)
减速段：
其中，Vs为设置起始速度，Vc为设置匀速速度，Ve为设置终点速度，T1为加速度段时间点，T2为匀速段结束时间点，T3为减速段结束时间点。
步骤S2，利用余弦曲线结合整段轨迹被分成的各个分段设定的起始速度、终点速度、加速度及减速度进行初步规划出加速段、匀速段及减速段的时间；将余弦曲线引用到运动机器人的运动轨迹中进行插补处理，将整个机器人运动的路径进行分段，在每个分段中分别进行设定起始速度、终点速度、加速度及减速度进行初步规划出加速段、匀速段及减速段的时间；在计算时间时，分别对加速段和减速段进行二次求导获取速度曲线，1、对于加速段，其求二次导得其加速度曲线 当时，最大为由最大加速度约束Acc得2、对于减速段，其求二次导得其加速度曲线 当时，加速度最大为由最大加速度约束Dec得3、根据加速段、匀速段、减速段的三段路程与总路程的关系，其中可得 加速段、匀速段、减速段的三段路程分别可表示为L1＝0.5(Vs+Vc)*T1，L2＝Vc*(T2-T1)，L3＝0.5(Vc+Ve)*(T3-T2)，其中总路程表示为L1+L2+L3＝S。4、判断在总路程中是否存在匀速段L2，当时即总路程中存在匀速段，则不做其他处理，当时，表示不存在匀速段，则需重新规划Vc、T1、T2、T3。重新规划Vc、T1、T2、T3步骤如下：由于总路程不变，根据路程不变原则：L1+L2+L3＝S，此时，L2＝0、T2＝T1，得到然后根据步骤1、步骤2重新计算T1、T3。
步骤S3，利用步骤S2中规划处的各个分段时间计算插补点数，根据相应速度和路程方程重新计算匀速段时间。根据步骤S1中规划好的路径轨迹，利用步骤S2中规划好的各个分段时间计算插补点数，在计算插补点数时，插补点数向前加1取整数， 由于插补点取整的过程增加总插补时间，如果还按照以前的参数进行插补无疑会造成较大的插补误差。经分析，这时通过改变匀速段的速度的方式最简便且精度较高，方法如下：a.计算各段曲线的插补实际时间：T1′＝Num1*Ts，T2′＝Num2*Ts，T3‘＝Num3*Ts；b.根据路程不便原则：L1′+L2′+L3′＝S得到
采用余弦曲线插补方法对各段轨迹进行插值，不仅其分布在各个区间的加速度变平滑，且其加加速度也变化平滑。这样可以把机器人各关节的驱动力矩，分配到机器人插补的各个区间，可以防止高速插补时起始或结束段各关节的驱动力矩过大，造成电机报警，导致插补无法完成的现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其特征在于，所述工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法包括以下步骤：
S1、根据目标点位置和机器人设定参数要求确定过渡方案和对整段轨迹进行分段处理；
S2、利用余弦曲线结合整段轨迹被分成的各个分段设定的起始速度、终点速度、加速度及减速度进行初步规划出加速段、匀速段及减速段的时间；
S3、利用步骤S2中规划处的各个分段时间计算插补点数，根据相应速度和路程方程重新计算匀速段时间。
2.根据权利要求1所述的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括以下步骤：
S11、根据工业机器人的类梯形运动轨迹设置机器人来回往返运动的路径，并根据轨迹路径进行插补分析。
3.根据权利要求2所述的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其特征在于，所述步骤S1中机器人在利用余弦曲线进行运动轨迹插补在保证加速度和加加速度的平滑性时，其中，加速段插补曲线：
匀速段：f(t)＝0.5*(Vs+Vc)*T1+Vc*(T2-T1)，减速段： 其中Vs为设置起始速度，为设置匀速速度，为设置终点速度，T1为加速度段时间点，T2为匀速段结束时间点，T3为减速段结束时间点。
4.根据权利要求1-3任一项所述的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括以下步骤：
S21、在对加速段计算求其二次导得其加速度曲线为
5.根据权利要求4所述的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括以下步骤：
S22、在对减速段进行二次导得到其加速度曲线为
6.根据权利要求5所述的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括以下步骤：
S23、将加速段、匀速段、减速段的三段路程分别表示为L1＝0.5(Vs+Vc)*T1，L2＝Vc*(T2-T1)，L3＝0.5(Vc+Ve)*(T3-T2)，根据总路程L1+L2+L3＝S获得匀速段结束时间点为
7.根据权利要求6所述的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括以下步骤：
S24、判断匀速段L2是否存在大于等于0，如L2≥0时，其存在匀速段并且不做其他处理，如L2＜0时，其匀速段不存在，则重新规划Vc、T1、T2、T3。
8.根据权利要求1-7任一项所述的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其特征在于，所述步骤S3中在计算插补点数时向前加一位取整数。
9.根据权利要求8所述的工业机器人在空间直线运行下的余弦插补方法，其特征在于，所述步骤S3中在计算插补时间中通过改变匀速段的速度的方式提高插补精度，其步骤包括以下步骤：
S31、计算各个分段中曲线的插补实际时间；
S32、根据总路程不便原则L1′+L2′+L3′＝S获取
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