本發(fā)明屬于機械自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直線運動模組精確控制方法。

背景技術(shù)：

在自動化制造系統(tǒng)中，自動化執(zhí)行單元主要用于搬運物料、工件和工具，可以通過不同的編程以完成各種任務。目前，常用的自動化執(zhí)行單元主要包括兩種，即工業(yè)機器人和桁架機械手。相比工業(yè)機器人，桁架機械手輸送快捷、精準、柔性，結(jié)構(gòu)相對簡單，便于組合和擴展，制造和維護成本較低，在機床加工行業(yè)中擁有巨大的市場前景。桁架機械手通過調(diào)整工件位姿或控制工件運動軌跡等方式來實現(xiàn)工件的自動化上下料工作。因此，為了保證加工件的高質(zhì)量，需要確保桁架機械手運動的平穩(wěn)性與精確性。

目前，桁架機械手采用的控制方法是各軸分別基于梯形函數(shù)速度曲線規(guī)劃(如圖1所示)，即分為恒加速階段、勻速階段、恒減速階段。由于梯形函數(shù)速度曲線采用恒加速度，其加速度在起點或終點處有突變，這會導致采用這種控制方法的桁架機械手在運動過程中出現(xiàn)振動和噪聲。而且這種控制方法的速度與加速度過渡不平滑，這也會降低桁架機械手的運動精度，另外，由于這種控制方法是單獨規(guī)劃桁架機械手的各運動軸軌跡，所以機械手無法實現(xiàn)“同啟同?！惫δ?，也不能按照預定軌跡運動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種直線運動模組精確控制方法，能夠保證桁架機械手按照預定軌跡精確運動。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種直線運動模組精確控制方法，采用基于拋物線函數(shù)的s型速度曲線規(guī)劃和同步規(guī)劃的運動控制方法對直線運動模組進行精確控制，具體包括以下步驟：

s1、輸入桁架機械手各運動軸的加速度最大值和速度最大值i代表機械手的第i個運動軸；

s2、給定桁架機械手初始位姿與目標位姿，得到機械手各運動軸的位移變化量pⁱ；

s3、計算各運動軸的時間函數(shù)節(jié)點ta、tb、tf；

s4、選取最長時間節(jié)點作為統(tǒng)一的規(guī)劃節(jié)點，計算各運動軸實際最大速度、最大加速度；

s5、根據(jù)步驟s4各運動軸實際最大速度、最大加速度分別計算加速階段、減速階段和勻速階段的位移、速度與加速度函數(shù)；

s6、根據(jù)步驟s5輸出各運動軸的位移或速度曲線上的離散點。

優(yōu)選的，步驟s3中，所述時間函數(shù)節(jié)點表示如下：

其中，ta、tb、tf為時間函數(shù)節(jié)點。

優(yōu)選的，步驟s4中，所述各運動軸實際最大速度、最大加速度具體計算如下：

其中，pⁱ表示第i個自由度方向上的運動位移，表示其速度實際最大值，表示其加速度實際最大值。

優(yōu)選的，步驟s5中，所述加速區(qū)間段的加速度速度以及位移方程p(t)具體如下：

其中，t表示時間。

優(yōu)選的，步驟s5中，所述減速區(qū)間段的加速度速度以及位移方程p(t)如下：

其中，p0b表示t0～tb時刻的總運動位移，且

優(yōu)選的，步驟s5中，所述勻速區(qū)間段的加速度速度以及位移方程p(t)如下：

其中，p0a表示t0～ta時刻的總運動位移。

優(yōu)選的，步驟s6中，利用步驟s5得到的位移、速度曲線方程，輸出時間點t的各軸位置與速度如下：

(p(t),v(t),t)0≤t≤tf

其中，t＝δt×n，δt表示固定的時間間隔，n表示第n個離散點，n＝0,1,2,3…。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明提供了一種直線運動模組精確控制方法，結(jié)合s型速度曲線規(guī)劃與同步規(guī)劃的多軸精確運動控制方法實現(xiàn)桁架機械手的運動平穩(wěn)，減小運動沖擊、振動和噪聲，以及實現(xiàn)桁架機械手沿預定軌跡精確運動，首先，桁架機械手的各軸運動軌跡采用基于拋物線函數(shù)的s型速度曲線規(guī)劃，即分為拋物線式加速階段、勻速階段、拋物線式減速階段。在保證速度按照要求增大或減小的基礎上，基于拋物線函數(shù)的控制方法也能保證加速度平滑增大或減小。

進一步的，基于拋物線函數(shù)的運動控制方法是以目標位置的坐標為基準，結(jié)合速度與加速度的要求規(guī)劃運動軌跡，所以機械手理論上能準確地運動到指定位置。與此同時，由于啟動或停止階段的沖擊比較小，電機實際運動精度也能夠保證。在此基礎上，多軸同步規(guī)劃的控制方法能夠確保機械手按照預定軌跡運動。

綜上所述，本方法能夠避免因速度或加速度突變產(chǎn)生的機械手振動或噪聲問題，既保證電機運動精度，又能控制運動軌跡。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有梯形函數(shù)曲線圖；

圖2為本發(fā)明控制方法流程圖；

圖3為本發(fā)明多軸同步運動控制曲線圖；

圖4為本發(fā)明s型曲線控制示意圖，其中，(a)是速度曲線，(b)是加速度曲線。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種直線運動模組精確控制方法，桁架機械手的控制系統(tǒng)結(jié)合基于拋物線函數(shù)的s型速度曲線規(guī)劃與多軸同步規(guī)劃兩種方法。其中，基于拋物線函數(shù)的運動控制方法是以目標位置的坐標為基準，結(jié)合速度與加速度的要求規(guī)劃運動軌跡，包括拋物線式加速階段、勻速階段、拋物線式減速階段。而多軸同步規(guī)劃是在s型速度曲線規(guī)劃的基礎上，統(tǒng)一各運動軸的加速、勻速與減速階段的時間節(jié)點，從而實現(xiàn)“同啟同停”。

請參閱圖2，本發(fā)明直線運動模組精確控制方法的具體步驟如下：

s1、輸入各軸的加速度、速度最大值

給定桁架機械手各運動軸的速度、加速度最大值，這里假設分別為

其中，i代表機械手的第i個運動軸。

s2、給定機械手各軸的位移變化量

給定桁架機械手初始位姿與目標位姿，計算得到各運動軸的位移變化量pⁱ。

s3、計算各軸的時間函數(shù)節(jié)點

基于拋物線函數(shù)的s型速度曲線公式，計算各運動軸的時間節(jié)點ta、tb、tf如圖4所示，

時間節(jié)點ta、tb、tf的計算公式如下所示：

s4、計算各軸實際最大速度、最大加速度

在步驟s3的基礎上結(jié)合多軸同步規(guī)劃方法，為了保證各自由度的時間分段一致，選取步驟s3計算出的最長時間節(jié)點作為統(tǒng)一的規(guī)劃節(jié)點ta、tb、tf，然后修正其余各軸的實際速度最大值和加速度最大值，具體計算公式如下所示：

式中，pⁱ表示第i個自由度方向上的運動位移，表示其速度實際最大值，表示其加速度實際最大值。

如圖3所示，每個子圖表示一個運動軸的速度曲線，圖中的虛線曲線表示同步規(guī)劃前各自由度的速度曲線，實線表示同步后的曲線。其中，圖3中第四幅圖只有實線，這是由于其余各軸都是根據(jù)該軸的運動時間節(jié)點進行統(tǒng)一規(guī)劃。所以，同步后其余自由度的速度最大值均降低，只有該自由度的速度曲線未發(fā)生變化。

s5、統(tǒng)一規(guī)劃各軸的運動軌跡函數(shù)

根據(jù)各自由度的實際最大加速度和速度值，分別計算各運動軸加速階段、減速階段和勻速階段的位移、速度與加速度函數(shù)，具體計算過程如下：

s51、計算得到加速區(qū)間段的加速度、速度、以及位移方程，即，

式中，

s52、計算減速區(qū)間段的加速度、速度、以及位移方程如下：

式中，p0b代表t0～tb時刻的總運動位移，且

s53、計算勻速區(qū)間段的加速度、速度、以及位移方程如下：

式中，p0a代表t0～ta時刻的總運動位移。

s6、輸出各運動軸的位移或速度曲線上的離散點

利用上述位移、速度曲線方程，輸出時間點t的各軸位置與速度，記為(p(t),v(t),t)，t滿足0≤t≤tf。其中，t＝δt×n，δt代表固定的時間間隔，n代表第n個離散點，n＝0,1,2,3…。

以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護范圍之內(nèi)。