[發明專利]一種基于可編程控制器的工業機器人直線插補方法

有效

• 申請號: 201410408063.0
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104133424B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 吳海彬;李實懿;施方圓;葉婷婷;陳建鵬;姚立綱
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G05B19/41
• 分類號: G05B19/41
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

1.一種基于可編程控制器的工業機器人直線插補方法，提供一工業機器人系統，該工業機器人系統包括至少M個關節，其中M為大于或等二的整數；每個關節均由任意實現圓周運動或直線運動的傳動機構傳動；由帶高速脈沖輸出通道且支持數據表運行方式的可編程控制器PLC控制所述每個關節的定位運動;其特征在于，按照以下步驟實現：

S01：在笛卡爾坐標下，通過示教手段，根據工業機器人正運動學方程獲得所述待插補直線運動的插補起點A及插補終點B的工具中心點TCP坐標，且將所述插補起點A的坐標表示為????????????????????????????????????????????????，將所述插補終點B的坐標表示為，同時得到所述插補起點A和所述插補終點B兩點間的距離S：；

S02：將所述工具中心點TCP在所述笛卡爾坐標系下的運動速度表示為V，并得到插補運行的總時間T：；將所需的插補時間步長表示為，進而得到從所述插補起點A到所述插補終點B所需的理論插補步數：；由于存在機械臂的慣量以及高速脈沖輸出口對初始脈沖頻率的限制，在插補過程的首尾分別設置加速段和減速段，令加速段和減速段的時間相等，且均表示為，從而得到笛卡爾坐標系下的加速度a：，加減速段所需的插補步數：，實際插補步數應為：；其中，從第0步到第步為加速段，從第步到第步為恒速段，從第到第步為減速段；

S03：根據所述步驟S02中加減速特性相關參數計算每一插補點與所述插補起點A的距離：

，其中，所述插補點為第個插補點,也即插補過程第步插補；

S04：以所述插補起點A的坐標開始，在插補線段AB上的任一插補點在笛卡爾坐標系下的坐標，為，，，其中，，；

S05：確定每個關節的脈沖當量，其中m為關節編號,表示第m個關節，其中；并根據工業機器人逆運動學方程，分別求出每一插補點坐標對應的每個關節的角位移或線位移；且基于該位移量，求出每個關節對應的高速脈沖通道的目標脈沖數:或；將各高速脈沖通道中當前插補點的目標脈沖數與上一插補點的目標脈沖數的相減，得到各通道每插補一步需要輸出的脈沖增量：；由于是等時間間隔插補，即每一步都是在內完成的，進一步得到每插補一步對應關節的脈沖頻率F：；

S06：由于可編程控制器PLC在硬件上存在限制的最低脈沖頻率，則以最低頻率插補一步的最小脈沖量為：；若插補過程中單步的脈沖增量小于最小脈沖量，則對目標脈沖數進行補償，即每次計算完脈沖增量，都與最小脈沖量進行比較，若出現滿足的插補點，則對目標脈沖數進行補償，補償為最小脈沖量，并記錄補償次數；直到遇到的插補點，開始對目標脈沖數進行反向補償，以抵消之前增加的脈沖數；

S07：每完成一個插補點，通過插補點指針i判斷插補計算是否完成；若完成插補計算，跳轉步驟S08，若未完成則跳轉所述步驟S03，計算下一插補點；

S08：定位數據表包括控制代碼、脈沖頻率和目標脈沖數三部分，根據不同的可編程控制器PLC數據表指令，將對應計算出來的脈沖頻率和目標脈沖值按照順序提取出來，并確定控制代碼，分別生成特定格式的定位數據表，以控制各高速脈沖通道按照各自的定位數據表同步輸出高速脈沖，實現直線插補。

2.根據權利要求1所述的一種基于可編程控制器的工業機器人直線插補方法，其特征在于：所述方法適用于任意數量的可編程控制器PLC高速脈沖輸出通道,并且適用于任意實現圓周運動或直線運動的傳動機構。

3.根據權利要求1所述的一種基于可編程控制器的工業機器人直線插補方法，其特征在于：所述方法在插補運動開始之前已完成插補計算并生成定位數據表。