机器人控制系统轨迹加减速插补算法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机器人控制领域，具体设及一种机器人控制系统轨迹加减速插补算 法。
【背景技术】
[0002] 运动控制加减速方式有： 阳00引1、直线加减速。缺点：加速度有突变，速度曲线不平滑。
[0004] 2、Ξ角函数加减速。缺点：计算复杂。 阳0化]3、指数型加减速。缺点：在启动和停止2点对机床有冲击。
[0006] 4、s形加减速。在任何一点的加速度都是连续变化的，从而避免速度的柔性冲击， 速度的平滑性好，运动精度高。缺点：当加速度设定跟直线加速度设定相同时，加速时间是 直线加速时间的2倍。
[0007] 传统插补算法：
[0008] 1、直线插补：根据2点求出直线长度以由要求的运动速度V及采样周期T，得步 长ΔL和总步数S:ΔL=VT，S=INT(L/AL)+l，于是可得插补点坐标（S+1个点）。
[0009] 2、圆弧插补：根据Ξ点求出圆屯、坐标、半径及圆屯、角Φ。根据速度求步长/^以再 求总步数S，S=INT(Φ/ΔL)+l，最后据ΔΦ=Φ/s及圆弧曲线求插补点坐标。
[0010] W上两种方法都会存在当插补周期一定，速度越快，AL越长，插补精度越差。
【发明内容】
[0011] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种机器人控制系统轨迹加减速插补算法。
[0012] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机器人控制系统轨迹加减速插 补算法，
[0013] S1.光顺曲线：插补轨迹先用Ξ次样条spline插值使曲线光滑，计算出各个节点 (节点是指什么意思）处的函数值和两个边界处的导数信息；
[0014] S2.在S1已经计算好的S次样条曲线上插入等距点，通过D-H建模后的运动逆运 算计算各个转动轴的运动距离。
[0015] 进一步，所述曲线包括：加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速 段、减减速段，对每个加速度积分得到各段对应速度；
[0016]
阳017] A为最大加速度，J为加加速度，V。为起始速度，Vm。、为匀加速阶段速度。
[0018] 本发明的有益效果在于：
[0019] 本发明的机器人运动控制方法加减速采用S形+直线加减速，加速度连续变化，加 速时间快，运动精度高，速度平滑性好。插补轨迹采用多次样条插补作为粗插补，再采用数 字积分法W及等时间插补对轨迹做精插补，V速度高，不会存在插补精度变差。
【附图说明】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0021] 图1为本发明的方法流程图；
[0022] 图2为Ξ次样条插值曲线图；
[0023] 图3为分段线性插值曲线图；
[0024] 图4为距离与时间图，速度与时间图，加速度与时间图，加加速与时间图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[00%] -种机器人控制系统轨迹加减速插补算法，包括W下步骤：
[0027] 1、光顺曲线。插补轨迹先用Ξ次样条spline插值使曲线光滑，给出各个节点 (spline插值点）处的函数值和两个边界处的导数信息，便可得到不同光滑性的曲线，曲线 越光滑，速度越快。运里采用的Ξ次样条是标准的插值方式，不论在区间内或其边界上，其 一阶导数dy/dx平滑，二阶导数d2y/dx连续。我们运里不采用分段线性插值的原因是其各 个节点用折线连接，拐点的折线夹角越小，运行速度就越低，降低了机器的整体运行速度。 Ξ次样条插值和分段线性插值的区别如图1所示：
[0028] 2、机器人坐标逆运算升降频。在第一步已经计算好的Ξ次样条曲线上插入等距 点，通过D-H建模（4X4的奇次变换矩阵描述相邻关节空间坐标系的关系）后的运动逆运 算计算各个转动轴的运动距离。加速过程中的加加速和减加速中间插入一段等加速度Ai， 在减速过程中的加加速和减加速过程中也插入一段匀减加速度A2,使速度快速升到最高 速，匀速后从最高速快速降到最低速，且曲线平滑。
[0029] 所述曲线包括：加加速段I、匀加速段II、减加速段III、匀速段IV、加减速段V、匀 减速段VI、减减速段VII，对每个加速度积分得到各段对应速度；
[0030]
阳03UA为最大加速度，J为加加速度，V。为起始速度，Vm。为匀加速阶段速度。
[0032] 在时间0~ti段，加速度按线性方式增长，加速度曲线的I，速度按抛物线方式增 长从V。到Vi。J设定越大，加速度升到Ai越快。 阳03引时间ti~12段，加速度不变，加速度曲线的II，速度按直线方式增长从V剧V2。
[0034] 在时间t2~13段，加速度按线性方式减小到0,加速度曲线的III，速度按反抛物 线方式增长从V2到V3。
[0035] 在时间t3~14段，加速度为0,加速度曲线的IV，速度匀速V3到V4。
[0036] 在时间t4~t嚴，减加速度按线性方式增加，加速度曲线V，速度按反抛物线方式 减小从V4到V5。
[0037] 在时间ts~te段，加速度不变，加速度曲线的VI，速度按线性方式减小从Vs到Ve。
[0038]在时间t4~tg段，减加速度按线性方式减小，加速度曲线V，速度按反抛物线方式 减小从Ve到V7。
[0039] 最后说明的是，W上优选实施例仅用W说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可W在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种机器人控制系统轨迹加减速插补算法，其特征在于：51. 光顺曲线：插补轨迹先用三次样条spline插值使曲线光滑，计算出各个节点处的 函数值和两个边界处的导数信息；52. 在S1已经计算好的三次样条曲线上插入等距点，通过D-Η建模后的运动逆运算计 算各个转动轴的运动距离。2. 根据权利要求1所述的机器人控制系统轨迹加减速插补算法，其特征在于：所述曲 线包括：加加速段、匀加速段、减加速段、匀速段、加减速段、匀减速段、减减速段，对每个加 速度积分得到各段对应速度；A1为最大加速度，A2是最大减速度，J为加加速度，V。为起始速度，v_为匀加速阶段 速度。
【专利摘要】本发明涉及一种机器人控制系统轨迹加减速插补算法，S1.光顺曲线：插补轨迹先用三次样条spline插值使曲线光滑，计算出各个节点处的函数值和两个边界处的导数信息；S2.在S1已经计算好的三次样条曲线上插入等距点，通过D-H建模后的运动逆运算计算各个转动轴的运动距离。本发明的机器人运动控制方法加减速采用S形+直线加减速，加速度连续变化，加速时间快，运动精度高，速度平滑性好。插补轨迹采用多次样条插补作为粗插补，再采用数字积分法以及等时间插补对轨迹做精插补，V速度高，不会存在插补精度变差。
【IPC分类】G05B19/41
【公开号】CN105278462
【申请号】CN201510826995
【发明人】孙碎可, 冉娟莲
【申请人】重庆市灵龙自动化设备有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月24日