机械臂点到点运动控制方法技术

本发明专利技术属于数控系统领域，公开了机械臂点到点运动控制方法。现有技术的机械臂的点到点运动控制方法，采用较小的速度启动、停止，来抑制振动，导致运动效率低。本发明专利技术根据机械臂启动、停止的精度要求，确定加加速度比、速度比，对加速阶段的最大加加速度J1，减速阶段的最大加加速度J2，加速阶段的最大限制加速度A1，减速阶段的最大限制加速度A2根据实际运动需要进行调整，能适应诸多复杂的运动，尤其是能够满足对末位置状态有较高精度要求的情形，并且能保证运动时间最优。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数控系统领域，特别是机械臂点到点运动控制方法。
技术介绍
随着技术的飞速发展，开放式的数控系统研究已经成为世界各国数控界研究的热点，而我国目前在这一领域的研究相对落后，尤其是在加减速控制技术的研究上，与国外还有很大的差距。在机械运动的控制上，运动过程的平稳、无冲击、曲线光滑、均匀等特点对机械运动的质量、精度都产生了极大的影响，受限于机械零件材质、精度等因素，机械运动往往达不到所预期的效果，运动过程可能存在较大振动，运动末位置精度不良，运动时间过长效率低下等。采用对称的点到点运动控制方法，能较好的实现机械臂各轴的平滑启停和速度切换，可做到无加速的突变，能够较好的减少机械臂的运动冲击和震荡，从而有效的提高工件的加工质量，特别适用于高速高精加工。但是对称的点到点运动方法，但是如果加加速度取得过大，在启动和停止时运动构件会有明显的振动，如果加加速度取得过小，就无法保证加工的效率。对于机械臂的点到点运动规划，启动阶段可以不考虑振动问题，但是停止阶段必须考虑振动的影响，简单的采用较小的速度策略，来抑制振动，必然会带来加工效率低的结果。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种在保证加工效率的情况，减少机械振动，能够适应各种复杂运动情形的机械臂点到点运动控制方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：根据加加速度比以及机床硬件限制条件，进行时间规划；进而根据各阶段的时间值求出的速度曲线以及起始点，进行插补运算计算出中间点的坐标值，根据坐标值变化向相应坐标输出脉冲信号，控制各执行元件的进给速度、进给方向和进给长度量等，进而完成工件的加工任务。对加速阶段的最大加加速度J1，减速阶段的最大加加速度J2，加速阶段的最大限制加速度A1，减速阶段的最大限制加速度A2根据实际运动需要进行调整，能适应复杂极端的运动，尤其是对末位置状态有较高精度要求的运动情况，在原有的S型轨迹规划的基础进行改进，保留S型轨迹规划的优点。进一步地，包括以下步骤：第一步，首先确定匀加加速度阶段的时间tj1、tj2，根据末状态位移约束和速度约束条件以及加加速度比，计算出tj1，tj2；第二步，判断规划出的最大速度是否超过了所要求的最大限制速度值，若超过最大限制速度值则令规划出的最大速度等于最大限制速度值，根据速度公式重新计算tj1，并根据tj1，tj2的关系式计算出tj2，判断规划出的最大加速度值是否满足最大限制加速度，若超过所要求的最大限制加速度值，则重新计算tj1，tj2，且tj1，tj2最终确定；第三步，确定匀加速阶段的时间ta1和匀减速阶段的时间ta2，先考虑不存在匀速阶段的情况，根据末状态位移约束和速度约束条件以及加速度比，计算出ta1，ta2；第四步，计算规划出的最大速度值是否超过最大限制速度值，若超出，则根据最大限制速度值重新计算ta1，并根据ta1，ta2的关系式计算出ta2，此时，ta1，ta2最终确定；第五步，根据已得到的tj1，tj2，ta1，ta2来计算位移值，判断是否满足所要求的最大位移值，若不满足，则计算匀速阶段的时间tv，此时所有时间量tj1，tj2，ta1，ta2，tv均已确定。把整个运动控制过程分为5步，使得复杂的轨迹规划过程变得简单有序，方便编程实现。进一步地，各时间节点的位移、速度、加速度、加加速度的表达公式如下：T0时刻Jerk0＝0，A0＝0，V0＝0，S0＝0T1时刻Jerk1＝J1A1＝J1tj1V1=12J1tj12]]>S1=16J1tj13]]>T2时刻Jerk2＝0A2＝J1tj1V2=12J1tj12+J1tj1ta1]]>S2=16J1tj13+12J1tj12ta1+12J1tj1ta12]]>T3时刻Jerk3＝-J1A3＝A2-J1tj1＝0V3=J1tj12+J1tj1ta1]]>S3=J1tj13+32J1tj12ta1+12J1tj1ta12]]>T4时刻Jerk4＝0A4＝0V4=V3=J1tj12+J1tj1ta1]]>S4=J1tj13+32J1tj12ta1+12J1tj1ta12+J1tj12tv+J1tj1ta1tv]]>T5时刻Jerk5＝-J2＝-R1J1A5＝-R1J1tj2V5=J1tj12+J1tj1ta1-12R1J1tj22]]>S5=J1tj13+32J1tj12ta1+12J1tj1ta12+J1tj12tv+J1tj1ta1tv+J1tj12tj2+J1tj1tj2ta1-16R1J1tj23]]>T6时刻Jerk6＝0A6＝-R1J1tj2V6=J1tj12+J1tj1ta1-12R1J1tj22-R1J1tj2ta2]]>S6=J1tj13+32J1tj12ta1+12J1tj1ta12+J1tj12tv+J1tj1ta1tv+J1tj12tj2+J1tj1tj2ta1-16R1J1tj23+J1tj12ta2+J1tj1ta1ta2-12R1J1tj22ta2-12R1J1tj2ta22]]>T7时刻Jerk7＝J2＝R1J1A7＝A6+R1J1tj2＝0V7=J1tj12+J1tj1ta1-R1J1tj22-R1J1tj2ta2=0]]>S7=J1tj13+32J1tj12ta1+12J1tj1ta12+J1tj12tv+J1tj1ta1tv+2J1tj12tj2+2J1tj1tj2ta1+J1tj12ta2+J1tj1ta1ta2-32R1J1tj22ta2-12R1J1tj2ta22-R1J1tj23]]>其中：J1表示加速阶段的最大加加速度(Jerk)；J2表示减速阶段的最大加加速度；A1表示加速阶段的最大限制加速度；A2表示减速阶段的最大限制加速度；V表示最大限制速度；S表示运动所要求的位移，其中，R1＝J2/J1，R2＝A2/A1；tj1表示加速时匀加加速度阶段的时间为；tj2表示减速时匀加加速度阶段的时间；ta1为匀加速阶段时间；tj2表示匀减速阶段的时间；tv.为匀速阶段的时间；A5表示减速阶段中最大加加速度；；V3表示最大速度；V7表示末位置时速度，S7表示末位置时位移。进一步地，确定匀加加速度阶段的时间tj1、tj2：位移约束：S7＝S速度约束：V7＝0则，利用S7和V7的公式可以组成方程组(其中，ta1、ta2、tv均为0)：V7=J1tj12-R1J1tj22=0S7=J1tj13+2J1tj12tj2-R1J1tj23]]>解得tj1、tj2的关系式为令然后，tj2=SJ1R3+2J1R2-J1R13]]>判断最大速度V3与最大限制速度V的大小，若V3大于V，则令V3等于V，根据V3的表达公式重新计算tj1：tj2=tj1R,tj1=VJ1]]>分别判断加速时最大加速度A1与最大限制加速度A1的大小，和减速时最大加速度A5与最大限制加速度A2的大小，若A1大于A1，则，令A1等于A1，根据公式重新求得tj1；若A5大于A2，则令A5等于A2，根据公式重新求得tj2；tj1=A1J1,tj2=A2J2]]>至此，tj1、tj2已经最终确定。进一步地，确定匀加速阶段的时间ta1和匀减速阶段的时间ta2：首先考虑最大速度未到达最大限制速度的情况位移约束：S7＝S，速度约束：V7＝0由位移约束本文档来自技高网...

【技术保护点】
机械臂点到点运动控制方法，包括加工轨迹位移、机床硬件限制条件：最大限制速度、最大限制加速度、最大加加速度，根据机床硬件限制，对轨迹进行时间规划，其特征在于：为满足各种运动情形，根据机械臂启动、停止的精度要求，确定加加速度比R1，加速度比R2，R1＝J2/J1，，R2＝A2/A1，其中：J1是加速段的最大加加速度，J2是减速段的最大加加速度，A1是加速段的最大限制加速度，A2是减速段的最大限制加速度，同时兼顾运动效率最优；根据加加速度比以及机床硬件限制条件，进行时间规划；进而根据各阶段的时间值求出的速度曲线以及起始点，进行插补运算计算出中间点的坐标值，根据坐标值变化向相应坐标输出脉冲信号，控制各执行元件的进给速度、进给方向和进给长度量等，进而完成工件的加工任务。

【技术特征摘要】
1.机械臂点到点运动控制方法，包括加工轨迹位移、机床硬件限制条件：最大限制速度、最大限制加速度、最大加加速度，根据机床硬件限制，对轨迹进行时间规划，其特征在于：为满足各种运动情形，根据机械臂启动、停止的精度要求，确定加加速度比R1，加速度比R2，R1＝J2/J1，，R2＝A2/A1，其中：J1是加速段的最大加加速度，J2是减速段的最大加加速度，A1是加速段的最大限制加速度，A2是减速段的最大限制加速度，同时兼顾运动效率最优；根据加加速度比以及机床硬件限制条件，进行时间规划；进而根据各阶段的时间值求出的速度曲线以及起始点，进行插补运算计算出中间点的坐标值，根据坐标值变化向相应坐标输出脉冲信号，控制各执行元件的进给速度、进给方向和进给长度量等，进而完成工件的加工任务。2.根据权利要求1所述的机械臂点到点运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，首先确定匀加加速度阶段的时间tj1、tj2，根据末状态位移约束和速度约束条件以及加加速度比，计算出tj1，tj2；第二步，判断规划出的最大速度是否超过了所要求的最大限制速度值，若超过最大限制速度值则令规划出的最大速度等于最大限制速度值，根据速度公式重新计算tj1，并根据tj1，tj2的关系式计算出tj2，判断规划出的最大加速度值是否满足最大限制加速度，若超过所要求的最大限制加速度值，则重新计算tj1，tj2，且tj1，tj2最终确定；第三步，确定匀加速阶段的时间ta1和匀减速阶段的时间ta2，先考虑不存在匀速阶段的情况，根据末状态位移约束和速度约束条件以及加速度比，计算出ta1，ta2；第四步，计算规划出的最大速度值是否超过最大限制速度值，若超出，则根据最大限制速度值重新计算ta1，并根据ta1，ta2的关系式计算出ta2，此时，ta1，ta2最终确定；第五步，根据已得到的tj1，tj2，ta1，ta2来计算位移值，判断是否满足所要求的最大位移值，若不满足，则计算匀速阶段的时间tv，此时所有时间量tj1，tj2，ta1，ta2，tv均已确定。3.根据权利要求1所述的机械臂点到点运动控制方法，其特征在于，各时间节点的位移、速度、加速度、加加速度的表达公式如下：T0时刻Jerk0＝0，Ａ0＝0，V0＝0，S0＝0T1时刻Jerk1＝J1A1＝J1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亮亮，沈波，吴达伟，胡建，时军，欧阳博，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33