CN112269348B - 一种运动控制急停方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运动控制急停方法，该方法的具有数学上的可解析性，能够保证计算的实时性；该方法首先获取当前运动轴的速度和加速度；在预定的时间内，按照四次样条曲线规划，计算在停止时间里运动轴的行进距离；根据初始加速度是否为0，初始加速度和初始速度的是否同号两种情况，来分析停止过程的距离和时间的关系；得出加速度、速度连续，且停止时加速度为0的轨迹规划参数；该方法能够保证运动轴在规定的时间内，平稳停止且运动方向一致；由于采用的同一时间，多轴运动时该方法能够保证多轴同步，保持停止过程的协调性；该方法可以应用于工业机器人、自动化等工控领域，保证运动轴的快速、短距离和平稳停止。

Description

一种运动控制急停方法

技术领域

本发明涉及工业运动控制技术领域，具体为一种运动控制急停方法。

背景技术

运动轴的控制在自动化领域有着大量的应用，目前一般是采用PLC或者运动控制器控制。在一些特殊时刻，需要紧急停止，如果采用抱闸、PLC断输出或者断强电的方式，都会造成运动轴的抖动和冲击。在极短的时间内对停止过程中的运动轴进行轨迹规划，让运动轴能够短距离、快速、平稳的停下来能够使得运动轴不抖动，对机械和电机不造成冲击伤害，具有非常重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决现有采用抱闸、PLC断输出或者断强电的方式，都会造成运动轴的抖动和冲击的问题，而提出一种运动控制急停方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种运动控制急停方法，包括获取运动轴的初始速度和加速度；

在设定的极短时间里，按照四次样条规划出运动学参数；

根据加速度是否为0，加速度和速度的是否同号两种情况，来分析停止过程的距离和时间的关系；得出加速度、速度连续，且停止时加速度为0的轨迹规划参数；分析距离、速度、加速度的关系，对运动学参数进行调整。

在急停规划开始时，保持急停瞬间运动轴的速度、加速度不变。

优选的，在设定的极短时间结束时运动轴停止，并且加速度为0；

优选的，设定运动轴急停时刻的初始距离为0，初始速度为v₀，初始加速度为a₀，急停时刻的初始速度和加速度保持运动轴的原本的速度和加速度一致。

优选的，分析距离、速度、加速度的关系的过程具体为：

设定运动轴的急停时间为T，急停距离为p_T，停止时刻的速度和加速度都为0；根据边界条件，列公式，对公式求解得到：

x₀＝0，x₁＝v₀，

对二次函数

分析，计算对称轴

的值，当对称轴的值小于0，即初速度和加速度符号相同；当对称轴的值大于0，初速度和加速度符号相反；

确定急停时间T，并带入公式中得到急停的四次样条轨迹规划的运动学参数

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够保证急停时刻开始时，运动轴的速度和加速度连续，在停止时加速度为0，停止周期内，运动轴的运动距离不超过目标点，根据目标距离和计算距离的关系，进行了急停时间的调整，使得运动轴停止时不会超过目标点，实现了急停的目的。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明的A点运行到B点到C点的示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2所示，一种运动控制急停方法，应用于工业机器人、自动化等领域的运动轴快速、短距离和平稳停止过程的轨迹规划。

包括在急停规划开始时，保持急停瞬间运动轴的速度、加速度；在设定的极短时间里，按照四次样条规划出运动学参数，保证规划过程中的速度、加速度连续；在设定的极短时间结束时运动轴停止，并且加速度为0；

保持了急停规划开始的速度和加速度的连续且可导。保证了运动轴开始受力停止但不抖动。

运动停止的时间是设定的较短时间，在轨迹规划过程中运动轴的速度和加速度连续、可导，急停的运动时间短，运动距离短，且过程中不抖动，对机器设备无冲击，不影响电机和机械寿命。

运动停止时的加速度为0，这样速度和加速度都不存在突变，使得运动轴的停止时刻是平稳的，顺畅的。

整个规划的过程具有完备的数学解析解，不存在通过多次学习调整参数的过程，使得该算法能够保证实现的实时性，非常适合在运动控制过程中的紧急停止；

设定运动轴的急停时间为T，急停距离为P_T，停止初始时刻的速度和加速连续，停止时刻的速度和加速度都为0；根据边界条件，列公式：solve({0＝x₀，v₀＝x₁，a₀＝2×x₂，P_T＝x₀+x₁×T+x₂×T²+x₃×T³+x₄×T⁴，0＝x₁+2x₂×T+3x₃×T²+4x₄×T³，0＝2x₂+6x₃×T+12x₄×T²}，{x₀，x₁，x₂，x₃，x₄，P_T})

对公式求解得到：

对二次函数分析：

通过二次函数可得，二次函数过0点，对称轴为

当对称轴小于0，即初速度和加速度符号相同；当对称轴大于0，即初速度和加速度符号相反，那么时间的选择只能在0到

区间内，否则就会出现路径的往返。如果加速度为0，退化为一次函数，即初始加速度为0的停止问题；

根据上述分析，方法流程如下：

如图2，假设运动轴正在从A运行到B，到C点时需要立即停止。其中BC之间距离为L，假定急停时间为T，运动轴运行的距离为l。

(1)首先判断加速度是否为0，如果为0。

根据公式(2)计算在规定的时间T内的运动轴的距离:

如果l＜L，则表示规定的时间内停下来，不会超过目标位置。

如果l＞L，则表示规定的时间内运动轴运动的距离会超过目标点，如图2中所示，超过了B点，应缩短时间，此时的T：

(2)加速度不为0，计算对称轴

如果

小于0，表示v₀,a₀,l同符号，则以规定的时间T规划。

计算在规定时间内的距离

如果l＜L，则表示规定的时间内停下来，不会超出目标位置。

如果l＞L，则表示规定的时间内停下来，急停距离会超过目标距离，如图2超过B点位置，缩短时间，此时的急停时间T：

若a₀＞0，

舍去另外一个根的原因是保证时间T>0。

若a₀＜0，

舍去另外一个根的原因是保证时间T>0。

(3)加速度不为0，计算对称轴

如果

大于0，表示v₀,l同符号，与a₀的符号相反。从二次函数的意义上讲，最大的停止时间只能是

否则，速度会变方向。

(a)如果急停的时间

则需要调整急停时间为

在这种情况下，在

的时候距离达到最大值，此时的距离l：

如果l＜L表明

时间内停下来，不会超出目标位置。

如果l＞L表明

时间内停下来超过了目标距离，如图2超过了目标点B，应缩短急停时间，急停时间T应为：

若a₀＜0，根据二次函数的二个解；

舍去另一个根的原因是，此时

这是增大了时间。

若a₀＞0，

舍去另外一个根的原因同上。

(b)如果急停的时间

计算在规定时间内的距离；

如果l＜L，则表示规定的时间内停下来，不会超出目标位置。

如果l＞L，则表示规定的时间内停下来，急停距离会超过目标距离，如图2超过B点位置，缩短时间，此时的急停时间T：

若a₀＜0，

舍去另一个根的原因是：

这是增大了时间。

若a₀＞0

舍去另一个根的结果同上。

根据步骤一至步骤三确定的时间T，带入公式(1)，得到急停的四次样条轨迹规划参数。

本发明在使用时，能够保证急停时刻开始时，运动轴的速度和加速度连续，在停止时加速度为0，停止周期内，运动轴的运动距离不超过目标点，根据目标距离和计算距离的关系，进行了急停时间的调整，使得运动轴停止时不会超过目标点，实现了急停的目的。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种运动控制急停方法，其特征在于，该方法包括：

获取运动轴的初始速度和加速度；

在设定的极短时间里，按照四次样条规划出运动学参数；

分析距离、速度、加速度的关系，对运动学参数进行调整；

在获取运动轴的速度和加速度之前还包括：

在急停规划开始时，保持急停瞬间运动轴的速度、加速度不变；

对运动学参数进行调整后还包括：

在设定的极短时间结束时运动轴停止，并且加速度为0；

分析距离、速度、加速度的关系的过程具体为：

设定运动轴的急停时间为T，急停距离为P_T，停止规划的初始时刻，速度和加速度连续，停止时刻的速度和加速度都为0；根据边界条件列公式，对公式求解得到：

对二次函数

分析，计算对称轴

的值，当对称轴的值小于0，即初速度和加速度符号相同，p_T在零点右边为单调函数；当对称轴的值大于0，初速度和加速度符号相反，时间的选择在0到

区间内，否则会出现路径的往返；若加速度为0，退化为一次函数，即初始加速度为0的停止问题；

确定急停时间T，并带入公式中得到急停的四次样条轨迹规划的运动学参数。

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