專利名稱：定位機器人運動軌跡的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體自動化加工領域，尤指一種工業機器人加減速運動控制中的定位機器人運動軌跡的方法和裝置。
背景技術：
在機器人控制領域內，如何能讓電機按預期的軌跡平穩安全的運行是決定機器人性能的關鍵問題；控制器對驅動器脈沖發送的時間間隔控制是保證電機平穩運行的先決條件；插補計算是實現機器人高速、高精度軌跡控制的關鍵技術。為使機器人能夠按照預期的軌跡運行，其運動精度和定位精度能夠達到預定的要求，避免由于控制系統、驅動系統以及機器人本體的電氣和機械慣性，導致電機的速度突變，產生沖擊、震蕩、超調或失步等動態誤差，造成系統精度降低等問題的出現。國內各大機器人生產企業，通常采取在機器人內部安裝美國DALTA TAU Data System公司的PMAC(Programable Multi Axix Controller)控制器提供的PVT模式以產生光滑而精確的軌跡,大大提高了企業的生產成本。
發明內容
本發明針對以上問題提出了一種能夠應用于工業機器人，實現高速、高精度定位的定位機器人運動軌跡的方法和裝置，能夠盡量避免由于控制系統、驅動系統以及機器人本體的電氣和機械慣性，使它的速度突變，產生沖擊、震蕩、超調或失步等動態誤差，造成系統精度降低的情況發生。本發明的技術方案是提供一種定位機器人運動軌跡的方法，包括以下步驟:一脈沖控制器接收一機器人控制器每周期的指令脈沖數，并對接收的位置點進行S形曲線加減速作為粗插補運算，所述機器人控制器用以控制一機器人本體；在S形曲線基礎上劃分為η段，對第η段進行PVT精插補運算，通過第η段內相鄰兩點間的斜率值可知機器人到達每一位置點的速度，并在S形曲線上確定所屬的速度段；調用所述脈沖控制器的DSP數字信號處理器中的脈沖輸出函數進行脈沖發送，并傳給一驅動器控制一電機轉動，所述電機控制所述機器人本體的運動。進一步地，所述對第η段進行PVT精插補運算包括:S形曲線劃分為η段基礎上對其中任意一段進行i等分，其中每一等分點的位置值為Ki ;如果為變速運動，即電機運動在加速段、減速段和勻速段中至少2個速度段，則Ki等于第η段起始位置值；如果為非變速運動，即電機運動在加速段或減速段或勻速段，則位置值&進行累加；判斷位置值Ki是否小于控制周期的位置值，若位置值Ki小于控制周期的位置值，則計算第i段的p、v、t值，將計算得到的PVT值保存到自定的數組中，并進行i++ ;若位置值Ki大于控制周期的位置值，則程序結束。進一步地，所述脈沖控制器還包括一 FPGA信號處理器、一 CAN接口電路、一模擬量輸出電路、一數字量輸出電路以及一編碼器接口電路，所述DSP數字信號處理器通過所述CAN接口電路接收來自所述機器人控制器的指令，所述DSP數字信號處理器將指令發給所述FPGA信號處理器，經所述FPGA信號處理器內部操作將信號經所述模擬量輸出電路、所述數字量輸出電路、所述編碼器接口電路與所述驅動器進行直接的通訊。進一步地，所述機器人本體具有若干關節，每個關節圍繞固定的坐標軸旋轉，通過關節值顯示當前位置給所述脈沖控制器。進一步地，S形曲線加減速控制方程 v(t) = Vs+(ve-vs) exp (kt/ x)/[exp(kt/τ ) +exp (kt0/ τ )]，vs為開始時的速度，Ve為結束時的速度，Vc為穩態速度，k為系數，τ為過渡過程時間常數，加速段vs = O, ve = V。，則v(t) =v。exp (kt/ τ )/[exp (kt/τ ) +exp (kt0/ τ)],當 t<< τ 且 k>>l 時，v(t) “Ο,當 t>> τ 且 k>>l 時，V (t) ^ vc ;勻速段 Vs = ve = vc,貝丨J V (t) = vc ;減速段 Vs = vc, Ve = O,貝丨J V (t) = exp (kt0/τ ) vc/ (ekt/T+exp (kt。/ τ))，當 t<< τ 且 k>>l 時，當 t>> τ 且 k>>I 時，V(t) ^ O0進一步地，PVT空間圓弧精插補運算公式
權利要求
1.一種定位機器人運動軌跡的方法，其特征在于，包括以下步驟: 一脈沖控制器接收一機器人控制器每周期的指令脈沖數，并對接收的位置點進行S形曲線加減速作為粗插補運算，所述機器人控制器用以控制一機器人本體； 在S形曲線基礎上劃分為η段，對第η段進行PVT精插補運算，通過第η段內相鄰兩點間的斜率值可知機器人到達每一位置點的速度，并在S形曲線上確定所屬的速度段； 調用所述脈沖控制器的DSP數字信號處理器中的脈沖輸出函數進行脈沖發送，并傳給一驅動器控制一電機轉動，所述電機控制所述機器人本體的運動。
2.根據權利要求1所述的定位機器人運動軌跡的方法，其特征在于，所述對第η段進行PVT精插補運算包括: S形曲線劃分為η段基礎上對其中任意一段進行i等分，其中每一等分點的位置值為Ki ;如果為變速運動，即電機運動在加速段、減速段和勻速段中的至少2個速度段，則Ki等于第η段起始位置值；如果為非變速運動，即電機運動在加速段或減速段或勻速段，則位置值Ki進行累加； 判斷位置值Ki是否小于控制周期的位置值，若位置值Ki小于控制周期的位置值，則計算第i段的P、V、t值，將計算得到的PVT值保存到自定的數組中，并進行i++ ;若位置值Ki大于控制周期的位置值，則程序結束。
3.根據權利要求1所述的定位機器人運動軌跡的方法，其特征在于，所述脈沖控制器還包括一 FPGA信號處理器、一 CAN接口電路、一模擬量輸出電路、一數字量輸出電路以及一編碼器接口電路，所述DSP數字信號處理器通過所述CAN接口電路接收來自所述機器人控制器的指令，所述DSP數字信號處理器將指令發給所述FPGA信號處理器，經所述FPGA信號處理器內部操作將信號經所述模擬量輸出電路、所述數字量輸出電路、所述編碼器接口電路與所述驅動器進行直接的通訊。
4.根據權利要求1所述的定位機器人運動軌跡的方法，其特征在于，所述機器人本體具有若干關節，每個關節圍繞固定的坐標軸旋轉，通過關節值顯示當前位置給所述脈沖控制器。
5.根據權利要求1所述的定位機器人運動軌跡的方法，其特征在于，S形曲線加減速控制方程 V (t) = Vs+ (Ve-Vs) exp (kt/ τ )/[exp (kt/ τ ) +exp (kt0/ τ)]，vs 為開始時的速度,Vei為結束時的速度，Vc為穩態速度，k為系數，τ為過渡過程時間常數,加速段Vs = O, Ve
6.根據權利要求1所述的定位機器人運動軌跡的方法，其特征在于，PVT空間圓弧精插補運算公式
7.—種定位機器人運動軌跡的裝置，其特征在于:所述裝置包括一機器人控制器、一脈沖控制器、一驅動器、一電機以及一機器人本體，所述機器人控制器向所述脈沖控制器發送指令，所述脈沖控制器接受指令帶動所述驅動器控制所述電機旋轉，所述脈沖控制器接收所述機器人控制器每周期的指令脈沖數，并對接收的位置點進行S形曲線加減速作為粗插補運算，在S形曲線基礎上劃分為η段，對第η段進行PVT精插補運算，通過第η段內相鄰兩點間的斜率值可知機器人到達每一位置點的速度，并在S形曲線上確定所屬的速度段調用所述脈沖控制器的DSP數字信號處理器中的脈沖輸出函數進行脈沖發送，并傳給所述驅動器控制所述電機轉動，所述電機控制所述機器人本體的運動。
8.根據權利要求7所述的定位機器人運動軌跡的裝置，其特征在于，所述對第η段進行PVT精插補運算包括:S形曲線劃分為η段基礎上對其中任意一段進行i等分，其中每一等分點的位置值為Ki ;如果為變速運動，即電機運動在加速段、減速段和勻速段中至少2個速度段，則Ki等于第η段起 始位置值；如果為非變速運動，即電機運動在加速段或減速段或勻速段，則位置值Ki進行累加；判斷位置值Ki是否小于控制周期的位置值，若變量Ki小于控制周期的位置值，則計算第i段的P、V、t值，將計算得到的PVT值保存到自定的數組中，并進行i++ ;若位置值Ki大于控制周期的位置值，則程序結束，調用所述脈沖控制器的DSP數字信號處理器中的脈沖輸出函數進行脈沖發送。
9.根據權利要求7所述的定位機器人運動軌跡的裝置，其特征在于，所述脈沖控制器還包括一 FPGA信號處理器、一 CAN接口電路、一模擬量輸出電路、一數字量輸出電路以及一編碼器接口電路，所述DSP數字信號處理器通過所述CAN接口電路接收來自所述機器人控制器的指令，所述DSP數字信號處理器將指令發給所述FPGA信號處理器，經所述FPGA信號處理器內部操作將信號經所述模擬量輸出電路、所述數字量輸出電路、所述編碼器接口電路與所述驅動器進行直接的通訊。
10.根據權利要求7所述的定位機器人運動軌跡的裝置，其特征在于，所述脈沖控制器對接收的位置點進行S形曲線加減速作為粗插補運算，S形曲線加減速控制方程V(t)=vs+(Ve-Vs) exp (kt/ τ )/[exp (kt/ τ ) +exp (kt0/ τ )], VsS 開始時的速度，Ve 為結束時的速度，V。為穩態速度，k為系數，τ為過渡過程時間常數，加速段Vs = 0，Ve = V。，則V (t) =Vcexp (kt/ τ ) / [exp (kt/ τ ) +exp (kt。/ ],當 t<< τ 且 k>>l 時，v(t) ()，當 t>>τ 且 k >> I 時，v(t) ^ vc ;勻速段 vs = ve = vc,則 v(t) = vc ;減速段 vs = vc, ve = 0,則 V (t) = exp (kt。/ τ ) vc/ (ekt/ τ +exp (kt。/ τ))，當 t<< τ 且 k>>l 時，v(t) vc,當t >> τ 且 k>>l 時，v(t) O。
11.根據權利要求7所述的定位機器人運動軌跡的裝置，其特征在于，所述脈沖控制器對每段進行PVT空間圓弧精插補運算，PVT空間圓弧精插補運算公式
全文摘要
一種定位機器人運動軌跡的方法及裝置，包括機器人控制器、脈沖控制器、驅動器、電機以及機器人本體，機器人控制器向脈沖控制器發送指令，脈沖控制器接受指令帶動驅動器控制電機旋轉，脈沖控制器接收機器人控制器每周期的指令脈沖數，并對接收的位置點進行S形曲線加減速作為粗插補運算，取機器人控制器每周期連續指令位置值，通過相鄰兩點間的斜率值得機器人本體到達每一位置點的速度，并在S曲線上確定所屬的速度段，在兩個位置點之間劃分為變量i段，每段進行PVT空間圓弧精插補運算，調用脈沖控制器的DSP數字信號處理器中的脈沖輸出函數進行脈沖發送。本發明機器人運行更加平穩，提高了系統的定位精度和速度響應性，節約了企業的生產成本。
文檔編號G05D1/02GK103197673SQ20121000214
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月5日 優先權日2012年1月5日
發明者徐方, 曲道奎, 鄒風山, 賈凱, 李崇, 劉曉帆, 宋吉來, 鄭春暉 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司