专利名称：定位机器人运动轨迹的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体自动化加工领域，尤指一种工业机器人加减速运动控制中的定位机器人运动轨迹的方法和装置。
背景技术：
在机器人控制领域内，如何能让电机按预期的轨迹平稳安全的运行是决定机器人性能的关键问题；控制器对驱动器脉冲发送的时间间隔控制是保证电机平稳运行的先决条件；插补计算是实现机器人高速、高精度轨迹控制的关键技术。为使机器人能够按照预期的轨迹运行，其运动精度和定位精度能够达到预定的要求，避免由于控制系统、驱动系统以及机器人本体的电气和机械惯性，导致电机的速度突变，产生冲击、震荡、超调或失步等动态误差，造成系统精度降低等问题的出现。国内各大机器人生产企业，通常采取在机器人内部安装美国DALTA TAU Data System公司的PMAC(Programable Multi Axix Controller)控制器提供的PVT模式以产生光滑而精确的轨迹,大大提高了企业的生产成本。
发明内容
本发明针对以上问题提出了一种能够应用于工业机器人，实现高速、高精度定位的定位机器人运动轨迹的方法和装置，能够尽量避免由于控制系统、驱动系统以及机器人本体的电气和机械惯性，使它的速度突变，产生冲击、震荡、超调或失步等动态误差，造成系统精度降低的情况发生。本发明的技术方案是提供一种定位机器人运动轨迹的方法，包括以下步骤:一脉冲控制器接收一机器人控制器每周期的指令脉冲数，并对接收的位置点进行S形曲线加减速作为粗插补运算，所述机器人控制器用以控制一机器人本体；在S形曲线基础上划分为η段，对第η段进行PVT精插补运算，通过第η段内相邻两点间的斜率值可知机器人到达每一位置点的速度，并在S形曲线上确定所属的速度段；调用所述脉冲控制器的DSP数字信号处理器中的脉冲输出函数进行脉冲发送，并传给一驱动器控制一电机转动，所述电机控制所述机器人本体的运动。进一步地，所述对第η段进行PVT精插补运算包括:S形曲线划分为η段基础上对其中任意一段进行i等分，其中每一等分点的位置值为Ki ;如果为变速运动，即电机运动在加速段、减速段和匀速段中至少2个速度段，则Ki等于第η段起始位置值；如果为非变速运动，即电机运动在加速段或减速段或匀速段，则位置值&进行累加；判断位置值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，则计算第i段的p、v、t值，将计算得到的PVT值保存到自定的数组中，并进行i++ ;若位置值Ki大于控制周期的位置值，则程序结束。进一步地，所述脉冲控制器还包括一 FPGA信号处理器、一 CAN接口电路、一模拟量输出电路、一数字量输出电路以及一编码器接口电路，所述DSP数字信号处理器通过所述CAN接口电路接收来自所述机器人控制器的指令，所述DSP数字信号处理器将指令发给所述FPGA信号处理器，经所述FPGA信号处理器内部操作将信号经所述模拟量输出电路、所述数字量输出电路、所述编码器接口电路与所述驱动器进行直接的通讯。进一步地，所述机器人本体具有若干关节，每个关节围绕固定的坐标轴旋转，通过关节值显示当前位置给所述脉冲控制器。进一步地，S形曲线加减速控制方程 v(t) = Vs+(ve-vs) exp (kt/ x)/[exp(kt/τ ) +exp (kt0/ τ )]，vs为开始时的速度，Ve为结束时的速度，Vc为稳态速度，k为系数，τ为过渡过程时间常数，加速段vs = O, ve = V。，则v(t) =v。exp (kt/ τ )/[exp (kt/τ ) +exp (kt0/ τ)],当 t<< τ 且 k>>l 时，v(t) “Ο,当 t>> τ 且 k>>l 时，V (t) ^ vc ;匀速段 Vs = ve = vc,贝丨J V (t) = vc ;减速段 Vs = vc, Ve = O,贝丨J V (t) = exp (kt0/τ ) vc/ (ekt/T+exp (kt。/ τ))，当 t<< τ 且 k>>l 时，当 t>> τ 且 k>>I 时，V(t) ^ O0进一步地，PVT空间圆弧精插补运算公式
权利要求
1.一种定位机器人运动轨迹的方法，其特征在于，包括以下步骤: 一脉冲控制器接收一机器人控制器每周期的指令脉冲数，并对接收的位置点进行S形曲线加减速作为粗插补运算，所述机器人控制器用以控制一机器人本体； 在S形曲线基础上划分为η段，对第η段进行PVT精插补运算，通过第η段内相邻两点间的斜率值可知机器人到达每一位置点的速度，并在S形曲线上确定所属的速度段； 调用所述脉冲控制器的DSP数字信号处理器中的脉冲输出函数进行脉冲发送，并传给一驱动器控制一电机转动，所述电机控制所述机器人本体的运动。
2.根据权利要求1所述的定位机器人运动轨迹的方法，其特征在于，所述对第η段进行PVT精插补运算包括: S形曲线划分为η段基础上对其中任意一段进行i等分，其中每一等分点的位置值为Ki ;如果为变速运动，即电机运动在加速段、减速段和匀速段中的至少2个速度段，则Ki等于第η段起始位置值；如果为非变速运动，即电机运动在加速段或减速段或匀速段，则位置值Ki进行累加； 判断位置值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，则计算第i段的P、V、t值，将计算得到的PVT值保存到自定的数组中，并进行i++ ;若位置值Ki大于控制周期的位置值，则程序结束。
3.根据权利要求1所述的定位机器人运动轨迹的方法，其特征在于，所述脉冲控制器还包括一 FPGA信号处理器、一 CAN接口电路、一模拟量输出电路、一数字量输出电路以及一编码器接口电路，所述DSP数字信号处理器通过所述CAN接口电路接收来自所述机器人控制器的指令，所述DSP数字信号处理器将指令发给所述FPGA信号处理器，经所述FPGA信号处理器内部操作将信号经所述模拟量输出电路、所述数字量输出电路、所述编码器接口电路与所述驱动器进行直接的通讯。
4.根据权利要求1所述的定位机器人运动轨迹的方法，其特征在于，所述机器人本体具有若干关节，每个关节围绕固定的坐标轴旋转，通过关节值显示当前位置给所述脉冲控制器。
5.根据权利要求1所述的定位机器人运动轨迹的方法，其特征在于，S形曲线加减速控制方程 V (t) = Vs+ (Ve-Vs) exp (kt/ τ )/[exp (kt/ τ ) +exp (kt0/ τ)]，vs 为开始时的速度,Vei为结束时的速度，Vc为稳态速度，k为系数，τ为过渡过程时间常数,加速段Vs = O, Ve
6.根据权利要求1所述的定位机器人运动轨迹的方法，其特征在于，PVT空间圆弧精插补运算公式
7.—种定位机器人运动轨迹的装置，其特征在于:所述装置包括一机器人控制器、一脉冲控制器、一驱动器、一电机以及一机器人本体，所述机器人控制器向所述脉冲控制器发送指令，所述脉冲控制器接受指令带动所述驱动器控制所述电机旋转，所述脉冲控制器接收所述机器人控制器每周期的指令脉冲数，并对接收的位置点进行S形曲线加减速作为粗插补运算，在S形曲线基础上划分为η段，对第η段进行PVT精插补运算，通过第η段内相邻两点间的斜率值可知机器人到达每一位置点的速度，并在S形曲线上确定所属的速度段调用所述脉冲控制器的DSP数字信号处理器中的脉冲输出函数进行脉冲发送，并传给所述驱动器控制所述电机转动，所述电机控制所述机器人本体的运动。
8.根据权利要求7所述的定位机器人运动轨迹的装置，其特征在于，所述对第η段进行PVT精插补运算包括:S形曲线划分为η段基础上对其中任意一段进行i等分，其中每一等分点的位置值为Ki ;如果为变速运动，即电机运动在加速段、减速段和匀速段中至少2个速度段，则Ki等于第η段起 始位置值；如果为非变速运动，即电机运动在加速段或减速段或匀速段，则位置值Ki进行累加；判断位置值Ki是否小于控制周期的位置值，若变量Ki小于控制周期的位置值，则计算第i段的P、V、t值，将计算得到的PVT值保存到自定的数组中，并进行i++ ;若位置值Ki大于控制周期的位置值，则程序结束，调用所述脉冲控制器的DSP数字信号处理器中的脉冲输出函数进行脉冲发送。
9.根据权利要求7所述的定位机器人运动轨迹的装置，其特征在于，所述脉冲控制器还包括一 FPGA信号处理器、一 CAN接口电路、一模拟量输出电路、一数字量输出电路以及一编码器接口电路，所述DSP数字信号处理器通过所述CAN接口电路接收来自所述机器人控制器的指令，所述DSP数字信号处理器将指令发给所述FPGA信号处理器，经所述FPGA信号处理器内部操作将信号经所述模拟量输出电路、所述数字量输出电路、所述编码器接口电路与所述驱动器进行直接的通讯。
10.根据权利要求7所述的定位机器人运动轨迹的装置，其特征在于，所述脉冲控制器对接收的位置点进行S形曲线加减速作为粗插补运算，S形曲线加减速控制方程V(t)=vs+(Ve-Vs) exp (kt/ τ )/[exp (kt/ τ ) +exp (kt0/ τ )], VsS 开始时的速度，Ve 为结束时的速度，V。为稳态速度，k为系数，τ为过渡过程时间常数，加速段Vs = 0，Ve = V。，则V (t) =Vcexp (kt/ τ ) / [exp (kt/ τ ) +exp (kt。/ ],当 t<< τ 且 k>>l 时，v(t) ()，当 t>>τ 且 k >> I 时，v(t) ^ vc ;勻速段 vs = ve = vc,则 v(t) = vc ;减速段 vs = vc, ve = 0,则 V (t) = exp (kt。/ τ ) vc/ (ekt/ τ +exp (kt。/ τ))，当 t<< τ 且 k>>l 时，v(t) vc,当t >> τ 且 k>>l 时，v(t) O。
11.根据权利要求7所述的定位机器人运动轨迹的装置，其特征在于，所述脉冲控制器对每段进行PVT空间圆弧精插补运算，PVT空间圆弧精插补运算公式
全文摘要
一种定位机器人运动轨迹的方法及装置，包括机器人控制器、脉冲控制器、驱动器、电机以及机器人本体，机器人控制器向脉冲控制器发送指令，脉冲控制器接受指令带动驱动器控制电机旋转，脉冲控制器接收机器人控制器每周期的指令脉冲数，并对接收的位置点进行S形曲线加减速作为粗插补运算，取机器人控制器每周期连续指令位置值，通过相邻两点间的斜率值得机器人本体到达每一位置点的速度，并在S曲线上确定所属的速度段，在两个位置点之间划分为变量i段，每段进行PVT空间圆弧精插补运算，调用脉冲控制器的DSP数字信号处理器中的脉冲输出函数进行脉冲发送。本发明机器人运行更加平稳，提高了系统的定位精度和速度响应性，节约了企业的生产成本。
文档编号G05D1/02GK103197673SQ20121000214
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者徐方, 曲道奎, 邹风山, 贾凯, 李崇, 刘晓帆, 宋吉来, 郑春晖 申请人:沈阳新松机器人自动化股份有限公司