一种基于变模型前瞻运动控制算法设计方法

摘要

本发明公开了一种基于变模型前瞻运动控制算法设计方法，包括以下步骤：根据运动设备的实际结构，建立相应的实际立体坐标系，对运动部位的运动轨迹进行监测采样，并根据采样周期获取运动轨迹曲线的位置坐标点集合，利用计算机绘制所运动点的运动轨迹曲线，以步骤一中对运动点的轨迹采样所绘制出的运动轨迹曲线为基础通过计算机对运动点建设S型加减速模型，实现加速度与速度连续变化，建立速度前瞻算法。通过对运动设备的实际运动轨迹以及运动过程中的速度、加速度等参数进行S型加减速建模处理，建立相应的前瞻运动控制算法，以适应该点处的运动突变，从而降低设备的运动冲击损伤，同时也提高设备整体的运动效率。

说明书

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体涉及一种基于变模型前瞻运动控制算法设计方法。

背景技术

器人(Robot)是自动执行工作的机器装置，包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗，机器猫等)，狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议，有些计算机程序甚至也被称为机器人。在当代工业中，机器人指能自动运行任务的人造机器设备，用以取代或协助人类工作，一般会是机电设备，由计算机程序或是电子电路控制，机器人运动中为保证轨迹移动精度，插补算法要将运动轨迹离散成大量首尾衔接的微小线段，保证加工精度的同时满足机器人的加减速特性，在保证速度最大化的同时实现速度的平滑过渡；

现有技术存在以下不足：伴随着机器人的飞速发展，其种类、结构也多种多样，其运动部位也逐渐增多，运动轨迹也愈发复杂，因此，各运动部件的运动中，充满着由于轨迹类型或者速度方向的突变的情况，在此过程中，如果突变前后运动状态差距较大，按照传统的控制方法，运动部件极易受到冲击，从而造成设备的寿命降低，具有一定的危险性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于变模型前瞻运动控制算法设计方法，以解决现有技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于变模型前瞻运动控制算法设计方法，包括以下步骤：

步骤一、根据运动设备的实际结构，建立相应的实际立体坐标系，对运动部位的运动轨迹进行监测采样，并根据采样周期获取运动轨迹曲线的位置坐标点集合，利用计算机绘制所运动点的运动轨迹曲线；

步骤二、以步骤一中对运动点的轨迹采样所绘制出的运动轨迹曲线为基础通过计算机对运动点建设S型加减速模型，实现加速度与速度连续变化；

步骤三、建立速度前瞻算法，先根据步骤二中建立的S型加减速模型，选取出控制点，即过渡的两段路径中的转折点，设运动点运动轨迹中直线和直线、直线和圆弧、圆弧和直线、圆弧和圆弧中转折先后的速度夹角值为α，最大加加速度为J，插补周期为T，则该控制点的最大转接速度为：

步骤四、根据设备本身的实际使用情况，预先设定各控制点的允用转接速度V

步骤五、根据上述步骤为基础建立并完善相应的控制点速度调整的控制算法，将其录入至设备的运动控制系统中，进行预先模拟验算，对比算法录入前后该控制点的速度和加速度变化以及运动的整体时间变化，若算法有效，则进一步推广，若算法无效，返回步骤一重新模拟。

优选的，所述步骤三中控制点的合适选取通过否具有足够的升速距离和降速距离进行判定，设S

判定是否满足具有足够升速距离的条件为则为：

V

判定是否满足具有足够降速距离的条件为：

若选取的控制点的条件满足以上任意一项，则为合适的控制点，可以对该点进行预判。

优选的，所述步骤三中若控制点处接下来的运动状态为突然加速阶段时，J和T数值较小，计算出的最大转接速度V

在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

本发明通过对运动设备的实际运动轨迹以及运动过程中的速度、加速度等参数进行S型加减速建模处理，对设备实际运动轨迹中的不同运动轨迹类型之间的转接点进行提取判断，对该点处的最大转接速度进行预先计算，并与该点处设备运动突变所能承受的最大允用转接速度进行对比预判，以此分析基础建立相应的前瞻运动控制算法，从而在实际运用中，设备运动部位到达该点之前可以提前做出相应的加减速准备，以适应该点处的运动突变，从而降低设备的运动冲击损伤，同时也提高设备整体的运动效率，且该设计方法通过实际运动建模，可以对不同的运动设备进行模拟，并建立相应的控制算法，具有极强的实用性和适应性。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将对本发明作进一步的详细介绍。

本发明提供了一种基于变模型前瞻运动控制算法设计方法，包括以下步骤：

步骤一、根据运动设备的实际结构，建立相应的实际立体坐标系，对运动部位的运动轨迹进行监测采样，并根据采样周期获取运动轨迹曲线的位置坐标点集合，利用计算机绘制所运动点的运动轨迹曲线；

步骤二、以步骤一中对运动点的轨迹采样所绘制出的运动轨迹曲线为基础通过计算机对运动点建设S型加减速模型，实现加速度与速度连续变化；

步骤三、建立速度前瞻算法，先根据步骤二中建立的S型加减速模型，选取出控制点，即过渡的两段路径中的转折点，设运动点运动轨迹中直线和直线、直线和圆弧、圆弧和直线、圆弧和圆弧中转折先后的速度夹角值为α，最大加加速度为J，插补周期为T，则该控制点的最大转接速度为：

步骤四、根据设备本身的实际使用情况，预先设定各控制点的允用转接速度V

步骤五、根据上述步骤为基础建立并完善相应的控制点速度调整的控制算法，将其录入至设备的运动控制系统中，进行预先模拟验算，对比算法录入前后该控制点的速度和加速度变化以及运动的整体时间变化，若算法有效，则进一步推广，若算法无效，返回步骤一重新模拟。

进一步的，在上述技术方案中，所述步骤三中控制点的合适选取通过否具有足够的升速距离和降速距离进行判定，设S

判定是否满足具有足够升速距离的条件为则为：

V

判定是否满足具有足够降速距离的条件为：

若选取的控制点的条件满足以上任意一项，则为合适的控制点，可以对该点进行预判。

进一步的，在上述技术方案中，所述步骤三中若控制点处接下来的运动状态为突然加速阶段时，J和T数值较小，计算出的最大转接速度V

实施方式具体为：通过对运动设备的实际运动轨迹以及运动过程中的速度、加速度等参数进行S型加减速建模处理，对设备实际运动轨迹中的不同运动轨迹类型之间的转接点进行提取判断，对该点处的最大转接速度进行预先计算，并与该点处设备运动突变所能承受的最大允用转接速度进行对比预判，以此分析基础建立相应的前瞻运动控制算法，从而在实际运用中，设备运动部位到达该点之前可以提前做出相应的加减速准备，以适应该点处的运动突变，从而降低设备的运动冲击损伤，同时也提高设备整体的运动效率，且该设计方法通过实际运动建模，可以对不同的运动设备进行模拟，并建立相应的控制算法，具有极强的实用性和适应性。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。