[发明专利]一种用于机器人控制系统的SPTA加减速插补控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人控制技术领域，尤其是一种用于机器人控制系统的SPTA加减速插补控制方法。

背景技术

现有技术中对机器人运行轨迹的控制主要通过加减速算法进行控制，加减速算法主要包括T(梯形加减速)与S加减速，其中，T形加减速算法分三个阶段：匀加速，匀速，匀减速，该算法具有设计简单，系统开销少，加速时间短，加速快的优点，但是，该算法经常导致加速不平稳，冲量大，特别是加速度较大情况下，冲量更大，容易造成降低精度，降低机械件强度及寿命。

S加减速与T形一样，S加减速分三个阶段，加速，匀速，减速，在加速过程中又细分成加加速、匀加速、减加速三个阶段，减速过程中又细分成加减速、匀加减速、减减速三个阶段，因此构成了七段式S曲线加减速算法。该方法的优点为加速平稳，冲量小，更能提高机器人寿命，其也存在许多不足，具体为：加速时间长，加速速度比梯形慢，系统开销大，对于机器人的高速运转比T形要慢，并且整个过程不是真正意义上的匀加速或匀减速，并且在S形曲线加减速模型速度规划过程中，根据运动路径长度对模型进行分段求解，计算量大，编程复杂，需要的系统资源大，耗费的时间长，由于系统资源有限，从而影响速度规划和插补计算的实时性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于机器人控制系统的SPTA加减速插补控制方法，该方法通过控制机器人运行轨迹的连续性，进而提高机器人控制精度。

本发明的技术方案为：一种用于机器人控制系统的SPTA加减速插补控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1)、获取机器人运行轨迹以及运动方向，并将机器人运行轨迹切分均为K个等距离的小片段，其中,每个小片段为一步，从而将机器人的运行轨迹切分为K步，然后再将整个运动轨迹划分为四个状态，所述的四个状态分别为休闲状态、加速阶段、匀速阶段、减速阶段；

S2)、判断机器人在运动轨迹中所处的状态，并根据所处的状态，每步输出一个脉冲信号，并得到每个脉冲信号的周期T_ti，并通过SPTA算法将脉冲信号转换为步数运行频率，并计算得到每步的主转动轴和从转动轴；

S3)、根据运行轨迹中每步的主转动轴运行参数，控制从转动轴运动，进而实现对机器人的多轴联动控制，从而实现对机器人运行轨迹的控制。

进一步的，上述技术方案中，步骤S2)中，还包括：

S201)、判断机器人在运行轨迹上是否处于空闲状态，如果不是，则跳到步骤S202)；

S202)、定义一个长度为T的时间片段，每一步输出一个脉冲信号，通过SPTA算法对每个脉冲信号输出的时间片段T进行累加，计算得到输出每个脉冲信号的周期T_ti，其表达式为：T_ti＝nT,(n＝1,2,3....N)，

其中，n为第i步时所有转动轴需要的时间片段数；

S203)、计算在第i步时每个转动轴的脉冲数参数p_i,j(j＝1,2,....R)，其中，p_i,j表示第j个转动轴在第i步的脉冲参数；

S204)、并将最大脉冲参数Maxp_i,j对应的转动轴j作为第i步的主转动轴，其他的转动轴均作为第i步的从转动轴，从而确定每步机器人主转动轴、从转动轴需要的脉冲数；

S205)、计算第i步时主转动轴的插补周期T_si＝mT,其中，m为主转动轴在第i步时需要的时间片段数。

进一步的，上述技术方案中，步骤S3)中，还包括以下步骤：

S301)、通过第i步的主转动轴的插补周期T_si、以及每步脉冲信号的周期T_ti、以及主转动轴的脉冲参数P_i，计算得到主转动轴在第i步时的脉冲输出条件，具体表达式为：

S＝(P_i+1)T_ti/T_Si；

当S≥1时，表示第一个脉冲输出条件满足，主转动轴输出第一个脉冲信号，否则，表示输出的时间片段数不满足第一个脉冲的输出条件，继续输出该主转动轴的下一时间片段T，直至输出的时间片段数m满足第一个脉冲信号输出条件；

当S≥2时，表示第二个脉冲输出条件满足，主转动轴输出第二个脉冲信号，否则,表示输出的时间片段数m不满足第二个脉冲的输出条件，继续输出该主转动轴的下一时间片段T，直至输出的时间片段数m满足第二个脉冲信号输出条件；