本发明涉及机器人控制技术领域，主要涉及一种再制造机器人控制器及其控制方法。
背景技术：
国际上一些发达国家结合激光加工和机器人技术，开展激光熔覆再制造技术研究。由于再制造损伤构件具有多样化、小批量和个性化等特点，难以通过编制固定的机器人工作程序来实现修复生产。目前，市场上还没有专门的面向再制造的机器人控制系统，都是采用的通用机器人控制器，另外目前还没有解决机器人的智能自动编程技术。
本发明主要针对再制造过程复杂轨迹的高效平稳加工问题，利用双核结构集成了机器人轨迹控制与逻辑控制，采用自适应s加减速控制方法实现了高速平稳运动控制。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术上的不足，提供了一种再制造机器人控制器，可实现机器人高速平稳运动控制。本发明采用以下技术方案：
一种再制造机器人控制器，所述控制器包括参数化编程模块、指令集模块、指令译码模块、带滑动滤波器的自适应s曲线加减速控制模块、多轴插补控制模块、可编程逻辑控制模块和fpga插补芯片：
参数化编程模块输入冲压路径参数给指令集模块，轨迹指令送到指令译码模块完成二进制转换、指令解析、运动数据预处理的计算，逻辑控制指令送到可编程逻辑控制模块；
自适应s曲线加减速模块根据译码模块送来的运动数据，计算每个插补周期的机器人运动速度，同时利用滑动滤波器消除速度突变；
多轴插补模块采用数字插补方法计算各轴运动增量，将各轴运动增量送到fpga插补芯片中产生伺服控制脉冲信号；
可编程逻辑控制模块根据接收的逻辑指令与生产线设备状态数据，完成机器人与生产线的协作控制。
优选的，机器人的轨迹控制与逻辑控制运算集成在一个双核处理器中，dsp核负责机器人多轴轨迹规划与控制，arm核负责逻辑控制；在共享存储器中建立一个io映射区作为轨迹控制器与可编程控制器的软接口，在io映射区上设置轴状态、io状态、工作方式的io映射器信息，并使用中断方式实现双核间的数据通信。
优选的，所述的机器人控制器采用基于滑动滤波的自适应s加减速控制方法，利用机器人各关节所允许的最大速度、最大加速度和最大加加速度的约束条件，根据各段轨迹的起点速度vs和终点速度ve的绝对差值|vs-ve|，自适应调整加减速时间常数，并采用滑动滤波方法消除s加减速算法过程中各加工段的速度跳变。
优选的，采用软硬件相结合方式实现机器人运动规划，先利用软件模块进行第一次多轴联动插补计算，采用数字增量式积分器dda算法获得采样周期的各轴数字值，为了保证精度使用了3字长的定点运算，同时对余数进行了累加补偿处理；第二次插补使用了fpga插补芯片，采用了脉冲式dda算法产生出均匀化的指令脉冲信号。
本发明的有益效果：
1、本发明的再制造冲压机器人控制器，能够满足高速再制造生产线对机器人多轴联动快速运动、与再制造作业设备协作控制及体积小型化的要求，实现高速平稳运动控制。
2、本发明的再制造机器人控制器为了实现机器人平稳运动控制，机器人速度规划采用了基于滑动滤波的自适应s加减速控制方法，并采用滑动滤波的方法消除s加减速算法过程中各加工段的速度跳变，达到平稳控制的目的。
3、本发明机器人运动规划采用了软硬件相结合方式，利用dsp+fpga方式缩短插补周期。采用数字增量式积分器dda算法获得采样周期的各轴数字值，为了保证精度使用了3字长的定点运算，同时对余数进行了累加补偿处理，第二次插补使用了fpga插补芯片，实现了机器人高速控制。
附图说明
图1是本发明再制造机器人双核控制结构图；
图2是本发明再制造机器人自适应s减速控制原理图；
图3是本发明基于滑动平均滤波的速度规划结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
为了更清楚的理解本发明，下面结合附图对本发明做进一步的详细描述和说明。
本发明再制造机器人控制器的结构，如图1所示。为了使机器人控制器的结构简化和集成化，采用一个单芯片的双核处理器作为机器人的核心处理单元，arm核负责机器人任务管理、通信、可编程逻辑控制等工作，dsp核负责译码、速度控制、轨迹规划与插补等工作。该机器人控制器的内部存储器包括arm核的flash和ram，dsp核的flash和ram，及64kb的ram共享内存。dsp核的flash用来存储机器人轨迹控制程序，arm核的flash用来存储可编程逻辑与通信程序。为了保存机器人机器人运动轨迹，构建了一个512kb的sdram外部存储器，并构建了256kb的flash用来存储机器人系统参数。fpga精插补器利用xintf(查询芯片资料与电路图)接口通过16条数据线、3条地址线和3个片选信号连接双核芯片，编程模块通过rs232接口与双核控制芯片连接，io电路通过高速spi总线与双核控制芯片连接。
dsp核和arm核之间的通信基于共享内存，双核之间采用中断方式实现数据通信，arm核将数据和标记写入到公共存储区，dsp核收到中断请求，开始进入中断服务程序，中断服务结束后设置中断标志，完成arm核向dsp核的数据传送；dsp核向arm核传送数据时，arm核首先注册中断，然后关联中断号和事件句柄，arm核进入中断服务程序，中断服务结束后设置中断标志，完成数据交换。
可编程逻辑控制(plc)是利用梯形图编程程序生成二进制可执行代码，通过rs232接口下载到arm核的ram存储器。plc控制程序通过解释方式，对二进制逻辑控制程序进行译码，并根据采集到的io信号及io映射区的轨迹控制状态，实现机器人与生产线设备的协调逻辑控制。
本发明为了实现再制造机器人的高速平稳运动控制，采用了如图2的自适应s加减速控制算法，其主要由机器人末端坐标系下最大允许速度和最大允许加速度计算、相邻段转接处最大允许速度计算、加减速时间常数自适应计算、基于滑动滤波的s加减速控制等步骤所组成。
(1)机器人末端坐标系下最大允许速度和最大允许加速度计算
假设机器人共由m个关节所组成，各关节所允许的最大角速度为
(2)相邻段转接处最大允许速度计算
假设第l(i)段与第l(i+1)段的转接处最大允许速度为vemax,i，第l(i)段与l(i+1)段的转接点ai为(xi,yi,zi)t，l(i)在ai处的单位方向矢量为ee,i＝(exe,i,eye,i,eze,i)t，l(i+1)在ai处的单位方向矢量为es,i+1＝(exs,i+1,eys,i+1,ezs,i+1)t，令l(i+1)段起点进给速度等于l(i)段终点进给速度，即vs,i+1＝ve,i，则转接点处加速度约束条件为
即ve,i≤ve1,i，其中ve1,i＝min{axmaxt/|exs,i+1-exe,i|,aymaxt/|eys,i+1-eye,i|,azmaxt/|ezs,i+1-eze,i|}。
此外，转接点处的速度一般约束条件为
即ve,i≤ve2,i，其中
因此，转接点处最大允许速度为
vemax,i＝min{ve1,i,ve2,i}。
(3)加减速时间常数自适应计算
为了自适应调整加减速时间常数tud，令加减速时间常数与加减速过程的起点速度vs和终点速度ve的绝对差值|vs-ve|成正比，即
tud＝kud|vs-ve|(3)
其中，kud为常比例系数。
(4)基于滑动滤波的s加减速控制
s曲线加减速由直线加减速规划和平滑滤波两个步骤来实现，即在速度的直线加减速规划后，通过滑动平均滤波器来解决直线加减速的加速度跳变问题，从而实现s加减速。
基于滑动平均滤波的速度规划结构如图3所示，在直线加减速规划后串联一个长度l的滑动平均滤波器，通过对前l个速度数据进行累加平均。假设直线加减速规划后的第k个插补周期的速度为vk，则滑动平均滤波器第k个插补周期的速度
为了实现机器人高速运动控制，机器人运动规划采用了软硬件相结合方式，利用dsp+fpga方式缩短插补周期。先利用软件模块进行第一次多轴联动插补计算，采用数字增量式积分器(dda)算法获得采样周期的各轴数字值，为了保证精度使用了3字长的定点运算，同时对余数进行了累加补偿处理；第二次插补使用了fpga插补芯片，采用了脉冲式dda算法产生出均匀化的指令脉冲信号，实现了机器人高速控制。
采用此发明技术方案，可以实现对再制造机器人的高速平稳控制。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。