[發明專利]一種六軸機械臂運動速度控制改進方法

有效

• 申請號: 202110864094.7
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113635301B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 劉文韜;劉德剛
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 龔春來

本發明提供了一種六軸機械臂運動速度控制改進方法，根據S型加減速算法的原理，得到軌跡運行的S型加減速曲線，得到各階段的加速度函數、速度函數和位移函數，通過a_max的最大取值和v_max的最小取值，求得各階段過渡點速度及位移；根據當前位移值s所處過渡點位移s₀～s₇中的區間進行階段判斷，得到不同階段的當前速度值，通過實時獲得機械臂的當前速度值，提高了機械臂的控制精度。本發明的有益效果是：提高了新型S型加減速算法與速度規劃算法的準確性及平穩性，能夠實現速度和加速度的平滑過渡，減小了沖擊所造成的抖動現象，提高了六軸機械臂的控制精度。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，尤其涉及一種六軸機械臂運動速度控制改進方法。

背景技術

目前市面上，根據機器人連桿機構的組成可分為串聯機器人和并聯機器人兩種類型，在實際應用當中，串聯機器人是市場主流，尤其在搬運、碼垛、焊接、切割等對空間需求較大的領域更為流行，而并聯機器人多用于醫療，裝配，精密加工等對定位精度和速度要求高的場合當中。隨著現代物流、切割、裝配行業的蓬勃發展，不僅需要擴大機器人的可操作空間，還要求能夠在較短的時間內完成任務，這就對高速度高精度的串聯機器人提出了新的要求。

串聯機器人特殊的空間連桿結構以及制造工藝是其精度誤差的主要來源，振動是嚴重影響機械臂運動精度的主要因素之一，因此基于機械臂，設計專門的加減速算法來控制其平穩運動是運動控制器開發的核心技術之一。

在大多數對精度要求不高的六軸機械臂控制系統中，仍然使用傳統的梯形或者指數型加減速算法，梯形加減速算法在加減速過程中仍然存在速度突變而無法保證運動的柔性控制，指數型加減速算法在加速度突變仍然會沖擊整個系統，導致機械臂末端執行機構產生抖動現象，極大影響了控制精度。

目前使用傳統S型加減速算法的控制器，都是基于時間刻度來計算當前速度值，以時間為變量根據速度函數求取對應速度值，這就要求控制器必須要有精確的時間概念，雖然該算法步驟簡單，運算量相對較小，但在實際運動中仍然會出現變速延遲和速度不連續的問題，算法過多依賴于控制器的時間變量，從而無法保證穩定性與可行性。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供了一種六軸機械臂運動速度控制改進方法，本發明基于傳統的S型加減速算法進行優化，分析算法原理，從以時刻為基準轉變為位移為基準，設計了新型S型加減速算法，仍然將整個加減速過程分為7個階段分別是：加加速、勻加速、減加速、勻速、加減速、勻減速、減減速，通過消元法，消去時間變量，改用位移作為自變量帶入到函數中，計算當前系統對應的速度。

該六軸機械臂運動速度控制改進方法主要包括以下步驟：

S1：根據S型加減速算法的原理，將一段軌跡的運行過程化分為7個階段：加加速段、勻加速段、減加速段、勻速段、加減速段、勻減速段和減減速段；

S2：根據對應步驟S1中的軌跡運行的S型加減速曲線，得到各階段的加速度函數、速度函數和位移函數，定義S型加減速曲線中，a為加速度，a_max表示最大加速度，T_i(i＝1,2,3···,7)表示第i階段的持續時間，t_i(i＝0,1,2···7)表示各階段過渡點的時刻，J為加加速度，v表示速度，s表示位移；

S3：根據S型加減速曲線中的加速度曲線，結合各階段的加速度函數、速度函數和位移函數，通過a_max的最大取值和v_max的最小取值，計算得到各階段運行時長，求得各階段過渡點速度，進而求得各階段過渡點位移；

S4：根據當前位移值s所處過渡點位移s₀～s₇中的區間進行階段判斷，進而根據各個階段的位移與速度關系，得到當前位移值s對應的當前速度值；