CN111745646B - 机器人伺服电机增益参数控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种伺服电机增益参数控制方法及系统，伺服电机增益参数控制方法包括依次读取机器人作业程序中的每条指令；当读取的指令为运动型指令时，解析读取的每条运动型指令中机器人的运动速度、轨迹类型以及轨迹类型参数；基于解析获得的机器人的运动速度和轨迹类型获取对应的增益参数；基于解析的运动速度、轨迹类型、轨迹类型参数以及对应的增益参数生成机器人运动指令并输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。
Description
技术领域
本发明涉及机器人控制领域，且特别涉及一种机器人伺服电机增益参数控制方法及系统。
背景技术
随着工业自动化的不断推进，大多生产产线实现了自动化，各种工业机器人被运用到不同产品的产线上以适用不同的应用场景，从而节省了大量人力、财力，也大大提高了工作效率。相应的，工业机器人的智能化程度也随着不断地推广应用而逐渐提升。现有的工业机器人除了执行搬运等作业外还能实现更加精细的作业，譬如高精度要求的焊接作业。在机器人控制系统中，机器人控制器是通过控制机器人各个轴上的伺服电机的状态以实现机器人运动状态的改变。伺服电机控制时，速度环增益参数和位置环增益参数不仅影响运动的稳定性同时还影响运动的精确性；譬如在高速的跳转运动时，要求具有较低的速度环增益参数和位置环增益参数以确保高速下的运动稳定性；而在相对低速的作业运动时(譬如焊接作业运动时)，则需要具有较高的速度环增益参数和位置环增益参数以满足作业的精确性要求。
现有的机器人控制系统中，机器人控制器在执行运动指令过程中，机器人各轴上伺服电机的速度环增益参数和位置环增益参数都是固定的，固定的参数无法同时适应高速运动的稳定性和低速运动精确性要求。为解决这一问题，目前也有一些厂商通过实时监测机器人的姿势来调整两个增益参数，以满足稳定性和精确性的要求。然而，运动状态下机器人位置状态和姿势状态的监测非常的复杂且精度很容易受影响，故这种控制方式不仅设计难度大且成本很高。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足，提供一种伺服电机增益参数控制方法及系统。
为了实现上述目的，本发明提供一种伺服电机增益参数控制方法，其包括依次读取机器人作业程序中的每条指令；
当读取的指令为运动型指令时，解析读取的每条运动型指令中机器人的运动速度、轨迹类型以及轨迹类型参数；
基于解析获得的机器人的运动速度和轨迹类型获取对应的增益参数；
基于解析的运动速度、轨迹类型、轨迹类型参数以及对应的增益参数生成机器人运动指令并输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。
根据本发明的一实施例，轨迹类型包括跳转轨迹和作业轨迹；增益参数包括速度环增益或位置环增益。
根据本发明的一实施例，在解析获得运动速度和轨迹类型后通过查询预设的增益表以获取对应的增益参数；或者基于机器人当前指令的运动速度根据预设的算法获得当前运动速度下对应的增益参数。
根据本发明的一实施例，轨迹类型参数被预先配置于机器人控制器的存储文件中，在解析读取的每一条运动型指令时基于指令中包含的轨迹类型或轨迹类型参数存储文件名称来解析获得对应的轨迹类型参数。
根据本发明的一实施例，当解析读取的运动型指令表征该指令下的机器人处于作业轨迹时，基于运动型指令中包含的轨迹类型参数存储文件名称来解析获得对应的轨迹类型参数。
根据本发明的一实施例，在生成机器人运动指令后通过EtherCAT总线接口将机器人运动指令输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。
相对应的，本发明还提供一种伺服电机增益参数控制系统，其包括指令读取单元、解析单元、运动控制规划单元以及运动指令生成单元。指令读取单元依次读取机器人作业程序中的每条指令。当读取的指令为运动型指令时，解析单元解析读取的每条运动型指令中机器人的运动速度、轨迹类型以及轨迹类型参数。运动控制规划单元基于解析获得的机器人的运动速度和轨迹类型获取对应的增益参数。运动指令生成单元基于解析的运动速度、轨迹类型、轨迹类型参数以及对应的增益参数生成机器人运动指令并输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。
根据本发明的一实施例，在解析单元解析获得运动速度和轨迹类型后，运动控制规划单元通过查询预设的增益表以获取对应的增益参数；或者运动控制规划单元基于机器人当前指令的运动速度根据预设的算法获得当前运动速度下对应的增益参数。
根据本发明的一实施例，轨迹类型参数被预先配置于机器人控制器的存储文件中，在解析单元解析读取的每一条运动型指令时基于指令中包含的轨迹类型或轨迹类型参数的存储文件名称来解析获得对应内的轨迹类型参数。
根据本发明的一实施例，伺服电机增益参数控制系统还包括EtherCAT总线单元，运动指令生成单元通过EtherCAT总线单元连接于机器人各轴上的伺服电机驱动器，运动指令生成单元在生成机器人运动指令后通过EtherCAT总线单元输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。
综上所述，本发明提供的伺服电机增益参数控制方法及系统中通过解析每条运动型指令中的运动速度和运动轨迹来获取对应的增益参数，增益参数跟随机器人的运动速度和运动轨迹而实时调整；从而实现在高速跳转轨迹下采用较低增益参数以保证高速运动的稳定性，而在低速作业轨迹下采用较高增益参数以满足运动的精确性。进一步的，基于每条运动型指令的增益参数调整，机器人的运动速度和轨迹类型的获取非常的容易且准确，该设置大大降低增益控制的难度和成本。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1所示为发明一实施例提供的伺服电机增益参数控制方法的流程图。
图2所示为本发明一实施例提供的伺服电机增益参数控制系统的原理框图。
具体实施方式
本实施例提供的伺服电机增益参数控制方法，其包括依次读取机器人作业程序中的每条指令(步骤S10)。当读取的指令为运动型指令时，解析读取的每条运动型指令中机器人的运动速度、轨迹类型以及轨迹类型参数(步骤S20)。基于解析获得的机器人的运动速度和轨迹类型获取对应的增益参数(步骤S30)。基于解析的运动速度、轨迹类型、轨迹类型参数以及对应的增益参数生成机器人运动指令并输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器(步骤S40)。
本实施提供的伺服电机增益参数控制方法中，步骤S30中增益参数的获取是基于步骤S20中解析读取的每条运动型指令中的运动速度和轨迹类型所得到的。该设置使得在一个任务周期(一个Job程序)中，增益参数可跟随机器人控制器的轨迹类型和运动速度而调整，从而满足在一个任务周期内不同轨迹类型下的增益要求。于本实施例中，所述增益参数包括速度环增益和位置环增益。然而，本发明对此不作任何任何限定。于其它实施例中，增益参数也可指速度环增益或位置环增益中的一种。
以下程序则为工业焊接机器人的一个作业程序示例。以下将结合图1和以下作业程序示例来详细介绍本实施例提供的伺服电机增益参数控制方法的原理。然而，本发明对此不作任何限定。本实施例提供的伺服电机增益参数控制方法同样适用于其它类型的机器人，如搬运作业的工业机器人。
[1]NOP //起始行
[2]MOVJ VJ＝80 //普通关节运动指令，关节速度80％
[3]MOVL V＝500 //普通直线运动指令，速度5m/min
[4]MOVL V＝100 //普通直线运动指令，速度1m/min
[5]ARCON ASF#(1) //起弧指令，(1)号起弧文件
[6]MOVL V＝50ARC#(1) //焊接直线运动指令，速度0.5m/min，(1)号焊接文件
[7]MOVL V＝60ARC#(2) //焊接直线运动指令，速度0.6m/min，(2)号焊接文件
[8]MOVL V＝70ARC#(1) //焊接直线运动指令，速度0.7m/min，(1)号焊接文件
[9]MOVL V＝80ARC#(3) //焊接直线运动指令，速度0.8m/min，(3)号焊接文件
[10]ARCOFF AEF#(1) //熄弧指令，(1)号熄弧弧文件
[11]MOVL V＝200 //普通直线运动指令，速度2m/min
[12]MOVJ VJ＝80 //普通关节运动指令，关节速度80％
[13]END //结束行
本实施例提供的伺服电机增益参数控制方法始于步骤S10，依次读取机器人作业程序中的每条指令。具体而言，在读取指令时，还包括将指令转换为指令列表并存入共享内存，指令列表包含了每行指令的类型和相关参数，所述指令的类型包括运动型指令和非运动型指令(如起始指令和结束指令等)。在上述程序示例中，运动型指令中包含运动标识，如“MOV”。在读取指令时，该运动标识被存储入该行指令对应的指令列表中。故可通过该运动标识来判断读取的指令是否为运动型指令。然而，本发明对此不作任何限定。
当读取的指令为运动型指令时，执行步骤S20，解析读取的每条运动型指令中机器人的运动速度、轨迹类型以及轨迹类型参数；所述轨迹类型包括跳转轨迹和作业轨迹，对于焊接机器人而言作业轨迹则为焊接轨迹。在上述程序示例中指令[2]至[4]的轨迹类型为跳转轨迹，而[6]至[9]的则为作业轨迹。具体而言，于本实施例中，作业轨迹包含了“ARC”标识。因此，在解析时可基于该标识来判断读取的指令的轨迹类型。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，也可采用其它的标识进行识别。
在跳转轨迹中，轨迹类型参数确定了跳转后的位置。而对于焊接轨迹而言，由于不同的工件需要采用不同的焊接参数，譬如焊枪角度以及焊丝距离工件表面的高度等参数，这些参数则为轨迹类型参数。于本实施例中，轨迹类型参数被预先配置于机器人控制器的存储文件中，在解析读取的每一条运动型指令时基于指令中包含的轨迹类型或轨迹类型参数存储文件名称来解析获得对应的轨迹类型参数。于本实施例中，解析读取的运动型指令表征该指令下的机器人处于作业轨迹时，基于运动型指令中包含的轨迹类型参数存储文件名称来解析获得对应的轨迹类型参数。具体而言，在上文的Job程序示例中，第[6]行指令中“ARC(1)”表示调用“(1)号焊接文件”进行焊接，而“(1)号焊接文件”则为轨迹类型参数存储文件的名称。
而当解析后表征该指令处于跳转轨迹时，在共享内存内获取与该跳转轨迹对应的轨迹类型参数存储文件。譬如，在第[2]行指令中，机器人处于跳转轨迹中的关节运动状态，此时解析单元直接从共享内存内获取预先为关节运动所配置的轨迹类型参数存储文件，轨迹类型参数包括关节运动的角度和运动方向等参数。而当跳转轨迹为直线运动时轨迹类型参数包括直线运动的方位等参数。然而，本发明对此不作任何限定。
在步骤S20获得读取的指令中机器人的运动速度和轨迹类型后，执行步骤S30，基于机器人的运动速度和轨迹类型获取对应的增益参数。于本实施例中，机器人控制器的共享内存中预先存储了与运动速度、轨迹类型以及增益参数相关的增益表，运动控制规划单元通过查询增益表来获取对应的增益参数。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，也可基于机器人当前指令的运动速度根据预设的算法获得当前运动速度下对应的增益参数。基于每条指令中的运动速度和轨迹类型所获得的增益参数使机器人控制器在指令[2]至[4]行的高速跳转轨迹下具有较低的增益以满足稳定性要求，而指令[6]至[9]行的低速作业轨迹下具有较高的增益来满足精确性要求。进一步的，对于指令[6]至[9]行中每行的也可具有不同的增益。
最后执行步骤S40，基于解析的运动速度、轨迹类型、轨迹类型参数以及对应的增益参数生成机器人运动指令并输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。优选的，生成的机器人运动指令通过EtherCAT总线接口输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。EtherCAT作为运动控制总线接口，通讯周期短，通讯速度快，且可以在每个控制循环周期实时调整各轴电机的速度环增益和位置环增益参数并发送给机器人各轴电机的伺服电机驱动器，实现实时的增益闭环控制。
与上述伺服电机增益参数控制方法相对应的，本实施例还提供一种伺服电机增益参数控制系统，其包括指令读取单元1、解析单元2、运动控制规划单元3以及运动指令生成单元4。指令读取单元1依次读取机器人作业程序中的每条指令。当读取的指令为运动型指令时，解析单元2解析读取的每条运动型指令中机器人的运动速度、轨迹类型以及轨迹类型参数。运动控制规划单元3基于解析获得的机器人的运动速度和轨迹类型获取对应的增益参数。运动指令生成单元4基于解析的运动速度、轨迹类型、轨迹类型参数以及对应的增益参数生成机器人运动指令并输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。
于本实施例中，在解析单元2解析获得运动速度和轨迹类型后，运动控制规划单元3通过查询预设的增益表以获取对应的增益参数。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，运动控制规划单元也可基于机器人当前指令的运动速度根据预设的算法(譬如采用预设比例的算法或其它算法)获得当前运动速度下对应的增益参数，以实现高速运动的稳定控制和低速运动的精确控制。
于本实施例中，轨迹类型参数被预先配置于机器人控制器的存储文件中，在解析单元2解析读取的每一条运动型指令时基于指令中包含的轨迹类型或轨迹类型参数的存储文件名称来解析获得对应内的轨迹类型参数。
于本实施例中，伺服电机增益参数控制系统还包括EtherCAT总线单元5，运动指令生成单元4通过EtherCAT总线单元5连接于机器人各轴上的伺服电机驱动器，运动指令生成单元4在生成机器人运动指令后通过EtherCAT总线单元5输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。具体而言，每一伺服电机驱动器通过专用的EtherCAT从站控制芯片(如型号为AX58100系列的芯片)来成为EtherCAT总线单元5的从站。然而，本发明此不作任何限定。
本实施例提供的伺服电机增益参数控制系统采用本实施例中步骤S10～步骤S40的伺服电机增益参数的控制控制方法对伺服电机驱动器进行控制，在此不作赘述。
综上所述，本发明提供的伺服电机增益参数控制方法及系统中通过解析每条运动型指令中的运动速度和运动轨迹来获取对应的增益参数，增益参数跟随机器人的运动速度和运动轨迹而实时调整；从而实现在高速跳转轨迹下采用较低增益参数以保证高速运动的稳定性，而在低速作业轨迹下采用较高增益参数以满足运动的精确性。进一步的，基于每条运动型指令的增益参数调整，机器人的运动速度和轨迹类型的获取非常的容易且准确，该设置大大降低增益控制的难度和成本。
虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。
Claims (8)
1.一种伺服电机增益参数控制方法，其特征在于，包括：
依次读取机器人作业程序中的每条指令；
当读取的指令为运动型指令时，解析读取的每条运动型指令中机器人的运动速度、轨迹类型以及轨迹类型参数；
基于解析获得的机器人的运动速度和轨迹类型获取对应的增益参数；
基于解析的运动速度、轨迹类型、轨迹类型参数以及对应的增益参数生成机器人运动指令并输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器，实现机器人在高速跳转轨迹下采用低增益参数，低速作业轨迹下采用高增益参数；
其中，在解析获得运动速度和轨迹类型后通过查询预设的增益表以获取对应的增益参数；或者基于机器人当前指令的运动速度根据预设的算法获得当前运动速度下对应的增益参数。
2.根据权利要求1所述的伺服电机增益参数控制方法，其特征在于，所述轨迹类型包括跳转轨迹和作业轨迹；所述增益参数包括速度环增益或位置环增益。
3.根据权利要求1所述的伺服电机增益参数控制方法，其特征在于，轨迹类型参数被预先配置于机器人控制器的存储文件中，在解析读取的每一条运动型指令时基于指令中包含的轨迹类型或轨迹类型参数存储文件名称来解析获得对应的轨迹类型参数。
4.根据权利要求3所述的伺服电机增益参数控制方法，其特征在于，当解析读取的运动型指令表征该指令下的机器人处于作业轨迹时，基于运动型指令中包含的轨迹类型参数存储文件名称来解析获得对应的轨迹类型参数。
5.根据权利要求1所述的伺服电机增益参数控制方法，其特征在于，在生成机器人运动指令后通过EtherCAT总线接口将机器人运动指令输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。
6.一种伺服电机增益参数控制系统，其特征在于，包括：
指令读取单元，依次读取机器人作业程序中的每条指令；
解析单元，当读取的指令为运动型指令时，解析读取的每条运动型指令中机器人的运动速度、轨迹类型以及轨迹类型参数；
运动控制规划单元，基于解析获得的机器人的运动速度和轨迹类型获取对应的增益参数；在解析单元解析获得运动速度和轨迹类型后，运动控制规划单元通过查询预设的增益表以获取对应的增益参数；或者运动控制规划单元基于机器人当前指令的运动速度根据预设的算法获得当前运动速度下对应的增益参数；
运动指令生成单元，基于解析的运动速度、轨迹类型、轨迹类型参数以及对应的增益参数生成机器人运动指令并输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器，实现机器人在高速跳转轨迹下采用低增益参数，低速作业轨迹下采用高增益参数。
7.根据权利要求6所述的伺服电机增益参数控制系统，其特征在于，轨迹类型参数被预先配置于机器人控制器的存储文件中，在解析单元解析读取的每一条运动型指令时基于指令中包含的轨迹类型或轨迹类型参数的存储文件名称来解析获得对应内的轨迹类型参数。
8.根据权利要求6所述的伺服电机增益参数控制系统，其特征在于，伺服电机增益参数控制系统还包括EtherCAT总线单元，运动指令生成单元通过EtherCAT总线单元连接于机器人各轴上的伺服电机驱动器，运动指令生成单元在生成机器人运动指令后通过EtherCAT总线单元输出至机器人各轴上的伺服电机驱动器。
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Address after: 310000 No. 778, Changming Road, hongken farm, Xiaoshan Economic and Technological Development Zone, Hangzhou, Zhejiang Patentee after: Hangzhou kelda welding robot Co.,Ltd. Address before: No. 778, Changming Road, Xiaoshan Economic and Technological Development Zone, Xiaoshan District, Hangzhou City, Zhejiang Province 310000 Patentee before: HANGZHOU KAIERDA ROBOT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |