一种基于初始加速度不为零的S型速度规划方法技术

本发明专利技术涉及数控系统技术领域，公开了一种基于初始加速度不为零的S型速度规划方法，包括速度规划层和位置规划层两部分，其中速度规划层根据给定的输入参数进行满足需求的速度平滑规划，得到速度变化过程中加加速段、减加速段、匀加速段、加减速段和减减速段的持续时间；位置规划层根据速度规划层的输出结果，计算得到任意时刻的位置、速度和加速度。相比于传传统型速度规划方法本发明专利技术方法在运动状态切换时避免了加速度阶跃，整体平稳性更高且对于速度过零的连续运动可保持加速度不为零，保证了规划轨迹的时间最优。本发明专利技术保证位置、速度和加速度的连续平滑过渡，保证到达末端点时的平滑和精度，保证了规划轨迹的时间最优。保证了规划轨迹的时间最优。保证了规划轨迹的时间最优。

【技术实现步骤摘要】
一种基于初始加速度不为零的S型速度规划方法


[0001]本专利技术涉及数控系统
，具体为一种基于初始加速度不为零的S型速度规划方法。

技术介绍

[0002]目前，用于数控系统、工业机器人操作作业的运动速度曲线有很多种，例如T型速度规划、S型速度规划和多项式速度规划。速度规划的作用是保证电机等执行器再启动、停止、变速或者状态过渡时不产生震荡、阶跃和冲击，从而提高运动控制的精度及运动的平稳性。
[0003]目前，大多数的速度规划算法都要求给定的首末加速度为零，这就使得在规划完成后不能随意调整给定的轮廓速度和给定末端点速度，有从而使得算法难以实现调速、暂停等功能，并且不能在加速度不阶跃的条件下实现状态切换。
[0004]除此之外，目前S型速度规划算法在计算最大速度时的公式过于复杂、推导及编程难度大，使得实现起来困难、运行时计算量大。所以就需要一种基于初始加速度不为零的S型速度规划方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于初始加速度不为零的S型速度规划方法，本专利技术通过能够在初始加速度不为零的情况下规划出一条平滑的轨迹。不仅可以保证位置、速度和加速度的连续平滑过渡，保证到达末端点时的平滑和精度，同时能够在运动过程中发生状态切换时加速度不发生阶跃。除此之外，对于速度过零的连续运动可保持加速度不为零，保证了规划轨迹的时间最优。
[0006]本专利技术是这样实现的：具体按以下步骤执行：
[0007]S1:在工业机器人同向加速、同向减速、初末速度反向三种不同情况时进行速度规划；
[0008]首先同向加速时，设|v_e|>|v_s|，根据a_s方向可分为：a_s方向与速度变化方向相同以及a_s方向与速度变化方向相反2种情况；
[0009]S
1。1
:a_s方向与速度变化方向相同时，首先计算a_s直接减到0的速度变化量deltaV1，根据deltaV1是否大于|v_e
‑
v_s|分为以下两种情况：速度不会超过v_e或速度会超过v_e；
[0010]其中，速度不超过v_e，如果加速度能达到轮廓加速度accel时，轨迹分为：加速度从a_s到accel、按照accel匀加速、加速度从accel到0；如果加速度不能达到轮廓加速度accel时，首先计算实际可以达到的加速度：a_m＝sqrt((|v_e
‑
v_s|+a_s^2/jerk/2)*jerk)；
[0011]如果速度超过v_e时，轨迹分为：a_s减为0，速度到达v1、速度从v1减速到v_e；如果加速度不能达到轮廓减速度decel时，首先计算可以达到的减速度：a_m＝
‑
sqrt(|v_e
‑
v1
|)。
[0012]在工业机器人同向减速时；
[0013]初始速度v_s和结束速度v_e同向并且|v_e|<|v_s|，根据初始加速度a_s方向可分为以下2种情况：
[0014]S
2.1
：初始加速度方向与速度变化方向相同时；
[0015]首先计算a_s直接减到0的速度变化量deltaV1，根据deltaV1是否大于|v_e
‑
v_s|和|v_s|分为以下3三种情况：速度不会超过v_e、速度会超过v_e但不会反向、速度会超过v_e且会反向；
[0016]其中速度不超过v_e，如果加速度能达到轮廓减速度decel时，轨迹分为：a_s加速到decel、以decel匀减速、加速度从decel到0；
[0017]如果加速度不能达到轮廓减速度decel时，首先计算实际可以达到的减速度：a_m＝
‑
sqrt((|v_e
‑
v_s|+a_s^2/jerk/2)*jerk)，此时速度会超过v_e但不会反向，轨迹分为：a_s减为0，速度到达v1、速度从v1加速到v_e；
[0018]如果加速度不能达到轮廓加速度accel时，首先计算可以达到的加速度：a_m＝
‑
sqrt(|v_e
‑
v1|)，此时速度会超过v_e且会反向，使用速度反向方法进行规划；
[0019]S
2.2
：初始加速度方向与速度变化方向相反；
[0020]轨迹分为：a_s减为0，速度到v1、v1加速到v_e，第二步若不能达到轮廓减速度decel，首先计算可达的减速度：a_m＝
‑
sqrt(|v_e
‑
v1|)。
[0021]在工业机器人初末速度反向时；当速度出现减速过零、反向加速时，加速度不为0，以此得到的轨迹为时间最优轨迹；首先计算加速度从a_s直接减到0的速度变化量deltaV1，根据deltaV1是否大于|v_e
‑
v_s|分为：速度会超过v_e、速度不会超过v_e；
[0022]进一步，当速度会超过v_e时，轨迹分为：a_s减到0，速度到达v1、v1加速到v_e，若不能达到轮廓减速度decel时，首先计算可达的减速度：a_m＝
‑
sqrt(|v_e
‑
v1|)；
[0023]速度不会超过v_e时，根据初始加速度方向分为：初始加速度与速度变化方向相同、初始加速度与速度变化方向相反两种情况；
[0024]变化方向相同时，轨迹分为：v_s减到0、速度从0加速到v_e；
[0025]变化方向相反时，轨迹分为：a_s减到0，速度到v1、v1加速到v_e。
[0026]S2:根据不同初末速度下中间速度对于总位移的影响，可分为以下情况：
[0027]初末速度都大于0，初始加速度大于0；
[0028]初末速度都大于0，初始加速度小于0；
[0029]初速度都大于0、末速度小于0，初始加速度大于0；
[0030]初速度都大于0、末速度小于0，初始加速度小于0；
[0031]初速度小于0、末速度大于0，初始加速度大于0；
[0032]初速度小于0、末速度大于0，初始加速度小于0；
[0033]初末速度都小于0，初始加速度大于0；
[0034]初末速度都小于0，初始加速度小于0；
[0035]S3：对工业机器人进行轨迹规划，具体根据上述分段方法找到可以达到的中间速度v_m，然后使用速度规划方法分别规划速度从v_s到v_m以及v_m到v_e两个过程的轨迹。
[0036]进一步，在工业机器人能达到正向轮廓速度v_p时，先用速度规划方法分别规划v_
s到v_p以及v_p到v_e两个过程，如果总位移大于这两个过程位移之和则判定能达到轮廓速度v_p，此时整个轨迹可以分为以下三个阶段：
[0037]第一阶段从v_s到v_p，使用速度规划方法进行规划，总位移为S1；
[0038]第二阶段按照v_p匀速运动，位移S2＝S
‑
S1
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于初始加速度不为零的S型速度规划方法，其特征在于：具体按以下步骤执行：S1:在工业机器人同向加速、同向减速、初末速度反向三种不同情况时进行速度规划；S2:根据不同初末速度下中间速度对于总位移的影响，可分为以下情况：初末速度都大于0，初始加速度大于0；初末速度都大于0，初始加速度小于0；初速度都大于0、末速度小于0，初始加速度大于0；初速度都大于0、末速度小于0，初始加速度小于0；初速度小于0、末速度大于0，初始加速度大于0；初速度小于0、末速度大于0，初始加速度小于0；初末速度都小于0，初始加速度大于0；初末速度都小于0，初始加速度小于0；S3：对工业机器人进行轨迹规划，具体根据上述分段方法找到可以达到的中间速度v_m，然后使用速度规划方法分别规划速度从v_s到v_m以及v_m到v_e两个过程的轨迹。2.根据权利要求1所述的一种基于初始加速度不为零的S型速度规划方法，其特征在于，在步骤S1中，首先同向加速时，设|v_e|&gt;|v_s|，根据a_s方向可分为：a_s方向与速度变化方向相同以及a_s方向与速度变化方向相反2种情况；S
1。1
:a_s方向与速度变化方向相同时，首先计算a_s直接减到0的速度变化量deltaV1，根据deltaV1是否大于|v_e
‑
v_s|分为以下两种情况：速度不会超过v_e或速度会超过v_e；其中，速度不超过v_e，如果加速度能达到轮廓加速度accel时，轨迹分为：加速度从a_s到accel、按照accel匀加速、加速度从accel到0；如果加速度不能达到轮廓加速度accel时，首先计算实际可以达到的加速度：a_m＝sqrt((|v_e
‑
v_s|+a_s^2/jerk/2)*jerk)；如果速度超过v_e时，轨迹分为：a_s减为0，速度到达v1、速度从v1减速到v_e；如果加速度不能达到轮廓减速度decel时，首先计算可以达到的减速度：a_m＝
‑
sqrt(|v_e
‑
v1|)。3.根据权利要求2所述的一种基于初始加速度不为零的S型速度规划方法，其特征在于,在工业机器人同向减速时；初始速度v_s和结束速度v_e同向并且|v_e|&lt;|v_s|，根据初始加速度a_s方向可分为以下2种情况：S
2.1
：初始加速度方向与速度变化方向相同时；首先计算a_s直接减到0的速度变化量deltaV1，根据deltaV1是否大于|v_e
‑
v_s|和|v_s|分为以下3三种情况：速度不会超过v_e、速度会超过v_e但不会反向、速度会超过v_e且会反向；其中速度不超过v_e，如果加速度能达到轮廓减速度decel时，轨迹分为：a_s加速到decel、以decel匀减速、加速度从decel到0；如果加速度不能达到轮廓减速度decel时，首先计算实际可以达到的减速度：a_m＝
‑
sqrt((|v_e
‑
v_s|+a_s^2/jerk/2)*jerk)，此时速度会超过v_e但不会反向，轨迹分为：a_s减为0，速度到达v1、速度从v1加速到v_e；如果加速度不能达到轮廓加速度accel时，首先计算可以达到的加速度：a_m＝
‑
sqrt(|v_e
‑
v1|)，此时速度会超过v_e且会反向，...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：北京立迈胜控制技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：