一种基于制造技术

本发明专利技术涉及轨迹过渡方法技术领域，且公开了一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于PLC的机器人关节空间轨迹过渡方法


[0001]本专利技术涉及轨迹过渡方法领域，尤其涉及一种基于
PLC
的机器人关节空间轨迹过渡方法
。

技术介绍

[0002]机器人运动空间按运动性质可划分为关节空间和笛卡尔空间，关节空间的轨迹为点到点运动，笛卡尔空间的轨迹为直线
、
圆弧
、
螺旋线等几何运动
。
机器人进行点到点运动时，控制器直接对运动关节进行轨迹规划，无需对插补点进行运动学逆解解算，机器人控制器规划效率高
。
在机器人实际的现场作业，点到点运动占据较大运动比例，只有在进行实际“加工”作业时，如对物体进行具体焊接
、
喷涂等，才会进行笛卡尔空间的直线
、
圆弧等运动
。
[0003]机器人进行连续的点到点运动，如果每条点到点运动指令独立规划，则机器人执行每条运动指令时，都需要经历速度从0加速到最大速度，再减速到0的启动
、
匀速
、
停止的过程
。
机器人在关节空间持续的启停运动不仅大大降低运动效率，并且会增加时间和能耗成本，加速机器人的关节磨损
。
因此，机器人在关节空间的连续点到点运动之间的轨迹过渡显得极为重要，同时，点到点运动间的过渡对提升机器人的作业效率也极为关键
。
[0004]传统关节空间连续轨迹的过渡方法大多是将关节空间运动点通过运动学正解转化到笛卡尔空间的描述，形成笛卡尔空间下的连续直线运动，再做基于直线运动的轨迹过渡
。
比如在两直线交点处插入圆弧
、
贝塞尔曲线等，形成光滑轨迹，然后计算过渡曲线的起始
、
终止点，将过渡轨迹点切换到关节空间下，重新进行轨迹规划
。
这样在每进行一次关节空间连续点到点运动过渡时，都需要进行两次空间变换，并且需要处理关节空间与笛卡尔空间下运动速度连续性问题，极大地增加了时间成本和控制器计算负载
。
然而，上述方法只是保证了过渡段轨迹的位置光滑，若要实现连续位姿过渡，还需要对过渡段的姿态进行过渡规划，计算较为繁锁
。
[0005]为解决上述问题，本申请中提出一种基于
PLC
的机器人关节空间轨迹过渡方法
。

技术实现思路

[0006](
一
)
专利技术目的
[0007]为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种基于
PLC
的机器人关节空间轨迹过渡方法，本专利技术构建机器人运动虚拟轴
、
读取点到点运动指令参数
、
计算运动过渡曲线控制点
、
构建运动过渡贝塞尔曲线
、
运动虚拟轴轨迹规划插补
、
机器人关节轴轨迹规划插补，最终实现机器人关节空间点到点运动的轨迹过渡规划
。
[0008](
二
)
技术方案
[0009]为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于
PLC
的机器人关节空间轨迹过渡方法，包括：
[0010]S1、
构建机器人关节空间运动虚拟轴；
[0011]S2、
读取点到点运动指令参数；
[0012]S3、
计算运动过渡曲线控制点；
[0013]S4、
构建运动过渡贝塞尔曲线；
[0014]S5、
运动虚拟轴轨迹规划插补：
[0015]2条连续的点到点运动被划分成三段：点到点运动
P
st
P0、
贝塞尔过渡曲线
P0P1P2、
点到点运动
P2P
end
。
以下针对
P
st
P0、P0P1P2、P2P
end
各段运动轨迹分别进行速度规划；
[0016]点到点运动
P
st
P0的起点
P
st
和终点
P0确定机器人各轴之间的矢量关系，根据
S1
中计算的运动虚拟轴的运动参数限制值，对
V
virtual
、A
virtual
、J
virtual
进行反映射，然后，判断每个轴的运动参数是否可能满足物理限制值；
[0017]S6、
机器人关节轴轨迹规划插补
。
[0018]优选的，在
S1
中，首先，确定机器人的关节数量
N
，以机器人各关节轴为向量建立
N
维运动空间；
[0019]然后，在
N
维运动空间中构建运动虚拟轴，确定运动虚拟轴的物理运动参数，根据机器人各关节预设的物理运动参数来计算运动虚拟轴的物理运动参数，包括最大速度
V
virtual
、
最大加速度
A
virtual
、
最大加加速度
J
virtual
；
[0020]设定机器人各关节预设的物理最大速度
、
最大加速度
、
最大加加速度依次为
V
max
(n)、A
max
(n)、J
max
(n)
，其中，
n
为机器人关节编号，范围为
1...N
；则机器人运动虚拟轴的运动参数限制值可由下面计算得到：
[0021]运动速度限制值
V
virtual
：
[0022][0023]运动加速度限制值
A
virtual
：
[0024][0025]运动加加速度限制值
J
virtual
：
[0026][0027]优选的，在
S2
中，从机器人运动指令缓存中，读取2条连续点到点运动轨迹
P
st
P
md
和
P
md
P
end
。P
st
P
md
运动指令包括起始点
P
st
、
中间点
P
md
、
过渡精度
δ
；
P
md
P
end
运动指令包括中间点
P
md
、
终止点
P
end
；其中，运动轨迹点
P
st
、P
md
、P
end
位置信息依次为
P
st
(
θ
s1
，
θ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
PLC
的机器人关节空间轨迹过渡方法，其特征在于，包括：
S1、
构建机器人关节空间运动虚拟轴；
S2、
读取点到点运动指令参数；
S3、
计算运动过渡曲线控制点；
S4、
构建运动过渡贝塞尔曲线；
S5、
运动虚拟轴轨迹规划插补：2条连续的点到点运动被划分成三段：点到点运动
P
st
P0、2
次贝塞尔过渡曲线
P0P1P2、
点到点运动
P2P
end
，以下针对
P
st
P0、P0P1P2、P2P
end
各段运动轨迹分别进行速度规划；点到点运动
P
st
P0的起点
P
st
和终点
P0确定机器人各轴之间的矢量关系，根据
S1
中计算的运动虚拟轴的运动参数限制值，对
V
virtual
、A
virtual
、J
virtual
进行反映射，然后，判断每个轴的运动参数是否可能满足物理限制值；
S6、
机器人关节轴轨迹规划插补
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
PLC
的机器人关节空间轨迹过渡方法，其特征在于，在
S1
中，首先，确定机器人的关节数量
N
，以机器人各关节轴为向量建立
N
维运动空间；然后，在
N
维运动空间中构建运动虚拟轴，确定运动虚拟轴的物理运动参数，根据机器人各关节预设的物理运动参数来计算运动虚拟轴的物理运动参数，包括最大速度
V
virtual
、
最大加速度
A
virtual
、
最大加加速度
J
virtual
；设定机器人各关节预设的物理最大速度
、
最大加速度
、
最大加加速度依次为
V
max
(n)、A
max
(n)、J
max
(n)
，其中，
n
为机器人关节编号，范围为
1...N
；则机器人运动虚拟轴的运动参数限制值可由下面计算得到：运动速度限制值
V
virtual
：运动加速度限制值
A
virtual
：运动加加速度限制值
J
virtual
：
3.
根据权利要求2所述的一种基于
PLC
的机器人关节空间轨迹过渡方法，其特征在于，在
S2
中，从机器人运动指令缓存中，读取2条连续点到点运动轨迹
P
st
P
md
和
P
md
P
end
，
P
st
P
md
运动指令包括起始点
P
st
、
中间点
P
md
、
过渡精度
δ
；
P
md
P
end
运动指令包括中间点
P
md
、
终止点
P
end
；其中，运动轨迹点
P
st
、P
md
、P
end
位置信息依次为
P
st
(
θ
s1
，
θ
s2
，
...
，
θ
sN
)、P
md
(
θ
m1
，
θ
m2
，
...
，
θ
mN
)、P
end
(
θ
e1
，
θ
e2
，
...
，
θ
eN
)。4.
根据权利要求3所述的一种基于
PLC
的机器人关节空间轨迹过渡方法，其特征在于，在
S3
中，由上述步骤中运动指令信息计算2次贝塞尔曲线的3个控制点
P0、P1、P2的位置信息，设定在
N
维空间中，点到点运动指令各个轴的运动位移依次为
S1、S2、...、Sn
，其对应运动虚拟轴的位移则由此可计算点到点运动
P
st
P
md
和
P
md
P
end
指令对应运动虚拟轴的位移；
P
st
P
md
指令运动虚拟轴位移：
L
sm
＝
sqrt(pow((
θ
m1
‑
θ
s1
)
，
2)+pow((
θ
m2
‑
θ
s2
)
，
2)+
…
+pow((
θ
mN
‑
θ
sN
)
，
2))P
md
P
end
指令运动虚拟轴位移：
L
me
＝
sqrt(pow((
θ
e1
‑
θ
m1
)
，
2)+pow((
θ
e2
‑
θ
m2
)
，
2)+
…
+pow((
θ
eN
‑
θ
mN
)
，
2))
根据运动虚拟轴的运动位移及连续2条点到点运动过渡精度
δ
计算运动过渡长度
R
δ
：控制点
P0的位置坐标计算得：
P0(
θ
m1
‑
(
θ
m1
‑
θ
s1
)*R
δ
/L
sm
，
θ
m2
‑
(
θ
m2
‑
θ
s2
)*R
δ
/L
sm
，
…

【专利技术属性】
技术研发人员：许志明，王明昕，
申请(专利权)人：傲拓科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：