一种机械臂及其控制系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种机械臂的控制方法，包括：控制全部关节控制器同时启动，进入加速阶段；经过第一预设时间后，控制全部所述关节控制器以各自当前速度运行，进入匀速运行阶段；经过第二预设时间后，控制全部所述关节控制器进行减速阶段，并在第三预设时间段内全部减速为零。本发明专利技术还公开了一种机械臂的控制系统。本发明专利技术还公开了一种包括上述控制系统的机械臂。上述控制方法，可以降低机械臂运行所需的能量，使得机械臂在各个运动姿态中通过关节转角与速度协调减少能量损耗。

A mechanical arm and its control system and method

The invention discloses a control method of a mechanical arm, which includes: controlling all joint controllers to start at the same time and enter the acceleration stage; after the first preset time, all of the joint controllers are controlled to run at the same speed at their respective speed and enter the uniform running stage; after second preset time, all of the joints are controlled. The controller performs deceleration phase and slows down to zero in third preset time period. The invention also discloses a control system for the mechanical arm. The invention also discloses a mechanical arm including the control system. The above control method can reduce the energy required for the operation of the manipulator, so that the manipulator can reduce the energy loss through the joint angle and speed in every motion attitude.

【技术实现步骤摘要】
一种机械臂及其控制系统与方法
本专利技术涉及工业机器人
，特别涉及一种机械臂及其控制系统与方法。
技术介绍
随着机器人技术在近半个世纪来的迅速发展，越来越多的机器人在各领域中得到广泛的应用，机器人技术已成为国际公认的战略前沿技术。机器人在运行过程中，需要有可靠的能量供给，而在能源紧缺的21世纪，如何有效地使用有限的能源能量，延长机器人的运行时间变得至关重要。针对机器人运动控制方面的耗能研究很少，尤其机械臂在运动过程中反复转动各关节角度，能量损耗较大，因此深入研究机器人运动控制与能量消耗之间的关系是必要而实用的。专利技术专利申请号201080045058.8的《用于减少工业机器人的能量消耗的方法和工业机器人系统》中的专利技术是本专利技术涉及一种用于减少工业机器人的能量消耗的方法，该工业机器人包括具有可相对于彼此绕多个轴移动的多个臂的操纵器。所述工业机器人被配置为在工作周期期间执行工作，并包括具有可相对于彼此绕多个轴移动的多个臂和用于对轴的移动进行致动的电动机的操纵器。在工作周期的至少一部分期间，关于使机器人的能量消耗最小化确定在机器人遵循指定几何路径时用于机器人的轴的速度分布，并确定轴在静止不动期间是否应被机械地锁定以便减少能量消耗。该专利申请的缺点是没有考虑到机器人运动控制中的能耗问题，多关节机器人在关节控制时消耗了较多的能量，且电机能耗较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种机械臂及其控制系统与方法，可以降低机械臂运行所需的能量，使得机械臂在各个运动姿态中通过关节转角与速度协调减少能量损耗。为实现上述目的，本专利技术提供一种用于机械臂的控制方法，包括：控制全部关节控制器同时启动，进入加速阶段；经过第一预设时间后，控制全部所述关节控制器以各自当前速度运行，进入匀速运行阶段；经过第二预设时间后，控制全部所述关节控制器进行减速阶段，并在第三预设时间段内全部减速为零。基于机械臂在运动过程中需要反复转动各关节，能量损耗较大，本专利技术所提出的机械臂控制方法，使得机械臂工作过程中的能量消耗降低，其核心在于梯形升降速控制方法，通过设定关节控制器各运动阶段的时间参数，减小关节控制器的能耗，解决了机械臂能量消耗最小化的问题。通过采用梯形升降速控制方法，使得机器臂在各个运动姿态中通过关节转角与速度协调减少能量损耗，且机械臂的可控速度范围大，控制灵活，同时也提升了关节控制器的可用寿命。优选地，所述控制全部关节控制器同时启动，进入加速阶段具体为：计算在加速阶段内的每一个插补周期结束时刻，所需旋转角度最大的关节所对应的所述关节控制器的运行速度；根据全部所述运行速度计算得到全部插补周期结束时刻所需旋转角度最大的关节的旋转角度；根据全部所述旋转速度计算得到全部所述关节控制器在每一个插补周期内的脉冲个数。优选地，所述计算在加速阶段内的每一个插补周期结束时刻，所需旋转角度最大的关节所对应的所述关节控制器的运行速度具体为：计算所需旋转角度最大的关节所对应的所述关节控制器在每一个插补周期结束时刻的运行速度Vn1；其中：Vn1＝((Vm-V0)×tn1)/t1+V0，Vm为所需旋转角度最大的所述关节所对应的所述控制器的最大运行速度，V0为所需旋转角度最大的所述关节所对应的所述控制器的初始运行速度，tn1为不同插补周期的结束时刻，t1为所述加速阶段的时长。优选地，所述根据全部所述运行速度计算得到全部插补周期结束时刻所需旋转角度最大的关节的旋转角度具体为：根据公式：计算在每一个插补周期结束时刻，所需旋转角度最大的关节的旋转角度θn1，其中：Vm为所需旋转角度最大的所述关节所对应的所述控制器的最大运行速度，V0为所需旋转角度最大的所述关节所对应的所述控制器的初始运行速度，tn1为不同插补周期的结束时刻，t1为所述加速阶段的时长。优选地，所述根据全部所述旋转速度计算得到全部所述关节控制器在每一个插补周期内的脉冲个数具体为：根据公式：Pn1＝θn1/δm计算在每一个插补周期内，所需旋转角度最大的关节所对应的所述关节控制器应接收到的脉冲个数Pn1，其中：θn1为在每一个插补周期结束时刻，所需旋转角度最大的关节的旋转角度，δm为所需旋转角度最大的关节的脉冲当量；根据所需旋转角度最大的关节所对应的所述关节控制器应接收到的脉冲个数Pn1与其他关节所对应的所述关节控制器应接收到的脉冲个数Pni之间的比例数k，计算得到在每一个插补周期内，全部所述关节控制器应接收到的脉冲个数Pni。本专利技术还提供一种用于机械臂的控制系统，包括：加速阶段控制模块：用于控制全部关节控制器同时启动，进入加速阶段；匀速阶段控制模块：用于经过第一预设时间后，控制全部所述关节控制器以各自当前速度运行，进入匀速运行阶段；减速阶段控制模块：用于经过第二预设时间后，控制全部所述关节控制器进行减速阶段，并在第三预设时间段内全部减速为零。优选地，所述加速阶段控制模块包括：运行速度计算单元：用于计算在加速阶段内的每一个插补周期结束时刻，所需旋转角度最大的关节所对应的所述关节控制器的运行速度；旋转角度计算单元：用于根据全部所述运行速度计算得到全部插补周期结束时刻所需旋转角度最大的关节的旋转角度；脉冲个数计算单元：用于根据全部所述旋转速度计算得到全部所述关节控制器在每一个插补周期内的脉冲个数。本专利技术还提供一种机械臂，包括如上述的控制系统。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的用于机械臂的控制方法的流程图；图2为机械臂关节协调控制过程的流程图；图3为梯形升降速控制方法；图4为本专利技术实施例所提供的用于机械臂的控制系统的结构框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。请参考图1至图4，图1为本专利技术实施例所提供的用于机械臂的控制方法的流程图；图2为机械臂关节协调控制过程的流程图；图3为梯形升降速控制方法；图4为本专利技术实施例所提供的用于机械臂的控制系统的结构框图。本专利技术提供的一种用于机械臂的控制方法，如说明书附图1所示，主要包括：S1、控制全部关节控制器同时启动，进入加速阶段；S2、经过第一预设时间后，控制全部所述关节控制器以各自当前速度运行，进入匀速运行阶段；S3、经过第二预设时间后，控制全部所述关节控制器进行减速阶段，并在第三预设时间段内全部减速为零。基于机械臂在运动过程中需要反复转动各关节，能量损耗较大，本专利技术所提出的机械臂控制方法，使得机械臂工作过程中的能量消耗降低，其核心在于梯形升降速控制方法，通过设定伺服电机各运动阶段的时间参数，减小伺服电机的能耗，解决了机械臂能量消耗最小化的问题。要实现机械臂的多关节协调控制，就必须根据机械臂的关节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于机械臂的控制方法，其特征在于，包括：控制全部关节控制器同时启动，进入加速阶段；经过第一预设时间后，控制全部所述关节控制器以各自当前速度运行，进入匀速运行阶段；经过第二预设时间后，控制全部所述关节控制器进行减速阶段，并在第三预设时间段内全部减速为零。

【技术特征摘要】
1.一种用于机械臂的控制方法，其特征在于，包括：控制全部关节控制器同时启动，进入加速阶段；经过第一预设时间后，控制全部所述关节控制器以各自当前速度运行，进入匀速运行阶段；经过第二预设时间后，控制全部所述关节控制器进行减速阶段，并在第三预设时间段内全部减速为零。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制全部关节控制器同时启动，进入加速阶段具体为：计算在加速阶段内的每一个插补周期结束时刻，所需旋转角度最大的关节所对应的所述关节控制器的运行速度；根据全部所述运行速度计算得到全部插补周期结束时刻所需旋转角度最大的关节的旋转角度；根据全部所述旋转速度计算得到全部所述关节控制器在每一个插补周期内的脉冲个数。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述计算在加速阶段内的每一个插补周期结束时刻，所需旋转角度最大的关节所对应的所述关节控制器的运行速度具体为：计算所需旋转角度最大的关节所对应的所述关节控制器在每一个插补周期结束时刻的运行速度Vn1；其中：Vn1＝((Vm-V0)×tn1)/t1+V0，Vm为所需旋转角度最大的所述关节所对应的所述控制器的最大运行速度，V0为所需旋转角度最大的所述关节所对应的所述控制器的初始运行速度，tn1为不同插补周期的结束时刻，t1为所述加速阶段的时长。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据全部所述运行速度计算得到全部插补周期结束时刻所需旋转角度最大的关节的旋转角度具体为：根据公式：计算在每一个插补周期结束时刻，所需旋转角度最大的关节的旋转角度θn1，其中：Vm为所需旋转角度最大的所述关节所对应的所述控制器的最大运行速度，V0为所需旋转角度最大的所述关节所对应的所述控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔苗，万婷婷，林凡，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44