一種直線運動模組精確控制方法與流程
本發明屬于機械自動化技術領域，具體涉及一種直線運動模組精確控制方法。
背景技術：
在自動化制造系統中，自動化執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，常用的自動化執行單元主要包括兩種，即工業機器人和桁架機械手。相比工業機器人，桁架機械手輸送快捷、精準、柔性，結構相對簡單，便于組合和擴展，制造和維護成本較低，在機床加工行業中擁有巨大的市場前景。桁架機械手通過調整工件位姿或控制工件運動軌跡等方式來實現工件的自動化上下料工作。因此，為了保證加工件的高質量，需要確保桁架機械手運動的平穩性與精確性。
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速度曲線規劃(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劃桁架機械手的各運動軸軌跡，所以機械手無法實現“同啟同停”功能，也不能按照預定軌跡運動。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，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。
本發明采用以下技術方案：
一種直線運動模組精確控制方法，采用基于拋物線函數的s型速度曲線規劃和同步規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
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節點ta、tb、tf；
s4、選取最長時間節點作為統一的規劃節點，計算各運動軸實際最大速度、最大加速度；
s5、根據步驟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；
s6、根據步驟s5輸出各運動軸的位移或速度曲線上的離散點。
優選的，步驟s3中，所述時間函數節點表示如下：
其中，ta、tb、tf為時間函數節點。
優選的，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，
優選的，步驟s5中，所述加速區間段的加速度
其中，
優選的，步驟s5中，所述減速區間段的加速度
其中，
優選的，步驟s5中，所述勻速區間段的加速度
其中，p0a表示t0～ta時刻的總運動位移。
優選的，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…。
與現有技術相比，本發明至少具有以下有益效果：
本發明提供了一種直線運動模組精確控制方法，結合s型速度曲線規劃與同步規劃的多軸精確運動控制方法實現桁架機械手的運動平穩，減小運動沖擊、振動和噪聲，以及實現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的s型速度曲線規劃，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，基于拋物線函數的運動控制方法是以目標位置的坐標為基準，結合速度與加速度的要求規劃運動軌跡，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，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖說明
圖1為現有梯形函數曲線圖；
圖2為本發明控制方法流程圖；
圖3為本發明多軸同步運動控制曲線圖；
圖4為本發明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結合基于拋物線函數的s型速度曲線規劃與多軸同步規劃兩種方法。其中，基于拋物線函數的運動控制方法是以目標位置的坐標為基準，結合速度與加速度的要求規劃運動軌跡，包括拋物線式加速階段、勻速階段、拋物線式減速階段。而多軸同步規劃是在s型速度曲線規劃的基礎上，統一各運動軸的加速、勻速與減速階段的時間節點，從而實現“同啟同停”。
請參閱圖2，本發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節點
基于拋物線函數的s型速度曲線公式，計算各運動軸的時間節點ta、tb、tf如圖4所示，
時間節點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的基礎上結合多軸同步規劃方法，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點作為統一的規劃節點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，
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該軸的運動時間節點進行統一規劃。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生變化。
s5、統一規劃各軸的運動軌跡函數
根據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，具體計算過程如下：
s51、計算得到加速區間段的加速度、速度、以及位移方程，即，
式中，
s52、計算減速區間段的加速度、速度、以及位移方程如下：
式中，
s53、計算勻速區間段的加速度、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…。
以上內容僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明權利要求書的保護范圍之內。
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