CN113459103B - 一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机械手自动化控制技术领域，公开了一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法及系统，一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法包括以下步骤：选择其中一个坐标轴作为速度调整轴；基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离；基于实时调整的提前距离实现机械手转角轨迹的自动调整。一种机械手自动运行时的转角轨迹控制装置包括存储器和处理器。通过对速度调整轴上进行不同提前距离的确定，使速度调整轴在实时速度不同的情况下，机械手的转角轨迹都能自动调整成期望平滑轨迹，使机械手转角轨迹平滑，转角时不易撞到障碍物。

Description

一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法及装置

技术领域

本申请涉及机械手自动化控制技术领域，尤其是涉及一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法及装置。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。

参照图1，当前机械手转角轨迹平滑普遍采用的方法是：以XY坐标平面为例，当X轴伺服运行到距离目标位置一段距离M时，Y轴伺服提前启动运行，根据运动合成原理，可以实现转角轨迹平滑过渡，如图中曲线a。其中提前距离M是一个通过示教设定的固定位置。

上述方案存在以下缺陷：机械手自动运行期间，经常需要实时调整X轴伺服速度，当X轴速度变化时，转角轨迹被动跟随变化，当X轴速度增加时，转角轨迹趋向与Y轴垂直，如图中曲线b；当X轴速度减小时，转角轨迹趋向与Y轴平行，如图中曲线c。此时平滑效果大打折扣，造成机械手运行不平稳，甚至运行轨迹可能撞到障碍物。

发明内容

为了使机械手转角轨迹平滑，转角时不易撞到障碍物，本申请提供一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法，具有使机械手运行平滑且平稳的特点。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法，包括以下步骤：

选择其中一个坐标轴作为速度调整轴；

基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离；

所述提前距离的计算公式为：

M=X2+ ((X1-X2)/(V1-V2))*V

其中M表示当前的提前距离，V1表示X轴最大速度，X1表示最大提前距离，V2表示X轴最小速度，X2表示最小提前距离，V表示实时速度；

或M=Y2+ ((Y1-Y2)/(V1-V2))*V

其中M表示当前的提前距离，V1表示Y轴最大速度，Y1表示最大提前距离，V2表示Y轴最小速度，Y2表示最小提前距离，V表示实时速度。

基于实时调整的提前距离实现机械手转角轨迹的自动调整。

通过采用上述技术方案，将一个坐标轴作为速度调整轴，每次进行机械手转角时，速度调整轴的实时速度不相同，根据不同的速度调整提前距离，使在调整后的提前距离位置到目标位置的机械手转角轨迹得到调整，使实时速度不同的情况下，都可以实现机械手转角轨迹的自动调整，使机械手转角轨迹平滑，转角时不易撞到障碍物。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述选择其中一个坐标轴作为速度调整轴的步骤包括：

选择X轴作为速度调整轴；

所述基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离的步骤包括：根据X轴速度的边界值获取提前距离的边界值，并将提前距离的边界值存入控制系统作为控制系统参数；

获取X轴在线的实时速度；

根据实时速度调用控制系统参数及X轴速度的边界值，得到当前提前距离；

基于实时调整的提前距离实现机械手转角轨迹的自动调整的步骤包括：根据当前提前距离获取当前提前距离到Y轴指定位置之间的期望平滑轨迹。

通过采用上述技术方案，将X轴作为自定义的速度调整轴，将目标位置设置在Y轴上，此时通过X轴速度的两个边界值分别得到两个提前距离的边界值，使两个提前距离的边界值到目标位置之间的机械手转角轨迹平滑，然后将提前距离的边界值存入控制系统作为系统参数，当获得一个实时速度时，根据实时速度调用控制系统参数中的提前距离边界值，并调用X轴速度的边界值，通过这些边界值得到实时速度的当前提前距离，此时当前提前距离到目标位置之间的机械手转角轨迹为期望的平滑轨迹。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述根据X轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

获取X轴在线调整最大速度；

基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最大值。

通过采用上述技术方案，根据X轴的最大速度，得到距离目标位置最远的提前距离的最大值，最大速度和提前距离最大值作为一组边界值存入控制系统中。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述根据X轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

获取X轴在线调整最小速度；

基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最小值。

通过采用上述技术方案，根据X轴的最小速度，得到距离目标位置最近的提前距离的最小值，最小速度和提前距离最小值作为另一组边界值存入控制系统中，两组边界值相互配合进行不同实时速度下提前距离的确定。

通过采用上述技术方案，通过最大提前距离和最小提前距离计算出提前距离差值，将提前距离差值与速度差值相比后，得到最大提前距离和最小提前距离之间每个速度单位下经过的距离，提前距离差值与速度差值相比再乘以实时速度，得到实时速度下在最大提前距离和最小提前距离之间经过的距离，再加上最小提前距离后得到实时速度下的提前距离。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述选择其中一个坐标轴作为速度调整轴的步骤包括：

选择Y轴作为速度调整轴；

所述基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离的步骤包括：根据Y轴速度的边界值获取提前距离的边界值，并将提前距离的边界值存入控制系统作为控制系统参数；

获取Y轴在线的实时速度；

根据实时速度调用控制系统参数及Y轴速度的边界值，得到当前提前距离；

基于实时调整的提前距离实现机械手转角轨迹的自动调整的步骤包括：根据当前提前距离获取当前提前距离到X轴指定位置之间的期望平滑轨迹。

通过采用上述技术方案，将Y轴作为自定义的速度调整轴，将目标位置设置在X轴上，此时通过Y轴速度的两个边界值分别得到两个提前距离的边界值，使两个提前距离的边界值到目标位置之间的机械手转角轨迹平滑，然后将提前距离的边界值存入控制系统作为系统参数，当获得一个实时速度时，根据实时速度调用控制系统参数中的提前距离边界值，并调用Y轴速度的边界值，通过这些边界值得到实时速度的当前提前距离，此时当前提前距离到目标位置之间的机械手转角轨迹为期望的平滑轨迹。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述根据Y轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

获取Y轴在线调整最大速度；

基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最大值。

通过采用上述技术方案，根据Y轴的最大速度，得到距离目标位置最远的提前距离的最大值，最大速度和提前距离最大值作为一组边界值存入控制系统中。

在一较佳示例中可以进一步配置为：所述根据Y轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

获取Y轴在线调整最小速度；

基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最小值。

通过采用上述技术方案，根据Y轴的最小速度，得到距离目标位置最近的提前距离的最小值，最小速度和提前距离最小值作为另一组边界值存入控制系统中，两组边界值相互配合进行不同实时速度下提前距离的确定。

通过采用上述技术方案，通过最大提前距离和最小提前距离计算出提前距离差值，将提前距离差值与速度差值相比后，得到最大提前距离和最小提前距离之间每个速度单位下经过的距离，提前距离差值与速度差值相比再乘以实时速度，得到实时速度下在最大提前距离和最小提前距离之间经过的距离，再加上最小提前距离后得到实时速度下的提前距离。

一种机械手自动运行时的转角轨迹控制装置，包括：

存储器，存储有机械手自动运行程序、控制系统参数以及得到提前距离的计算方法；

处理器，在运行所述机械手自动运行程序时执行上述任一项所述方法的步骤。

通过采用上述技术方案，将控制机械手自动运行程序存储在存储器中，在处理器运行上述程序时执行上述方法步骤以实现机械手自动转角轨迹的调整。

综上所述，通过对速度调整轴上进行不同提前距离的确定，使速度调整轴在实时速度不同的情况下，机械手的转角轨迹都能自动调整成期望平滑轨迹，使机械手转角轨迹平滑，转角时不易撞到障碍物。

附图说明

图1是相关技术中机械手转角轨迹。

图2是本申请实施例2中机械手自动运行时的转角轨迹控制装置的结构图。

图3是本申请实施例2中机械手自动运行时的转角轨迹控制方法的流程图。

图4是本申请实施例2中机械手转角轨迹。

图5是本申请实施例2中步骤S200的流程图。

图6是本申请实施例2中步骤S210的流程图。

具体实施方式

以下结合附图2-6对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1

参照图1，本申请实施例提供一种机械手自动运行时的转角轨迹控制装置，存储器中存储有机械手自动运行程序、控制系统参数以及得到提前距离的计算公式，处理器在运行所述机械手自动运行程序时执行下述方法的步骤，转角轨迹控制装置通过存储器中的程序控制X轴伺服电机和Y轴伺服电机驱动，处理器调用控制系统参数，通过控制系统参数中的提前距离边界值、控制系统中的速度边界值以及提前距离的计算公式得到实时速度下的当前提前距离，在一个坐标轴当前提前距离到另一个坐标轴的目标距离进行机械手转角，得到期望平滑轨迹。

实施例2

下面结合上述系统硬件架构对机械手自动运行时的转角轨迹控制方法的实施进行详细介绍：

参照图2，步骤S100，选择其中一个坐标轴作为速度调整轴。

在本实施例中，选择X轴作为速度调整轴，Y轴上获取目标位置，Y轴的速度不变，X轴上的实时速度不是固定的速度。

步骤S200，基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离。

所述提前距离的计算公式为：

M=X2+ ((X1-X2)/(V1-V2))*V

其中M表示当前的提前距离，V1表示X轴最大速度，X1表示最大提前距离，V2表示X轴最小速度，X2表示最小提前距离，V表示实时速度；

或M=Y2+ ((Y1-Y2)/(V1-V2))*V

其中M表示当前的提前距离，V1表示Y轴最大速度，Y1表示最大提前距离，V2表示Y轴最小速度，Y2表示最小提前距离，V表示实时速度。

步骤S300，基于实时调整的提前距离实现机械手转角轨迹的自动调整。

根据每个实时速度对应不同的提前距离，根据调整提前距离，使当前提前距离获取当前提前距离到Y轴目标位置之间的期望平滑轨迹。

参照图3和图4，步骤S200，基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离的步骤包括：

步骤S210，根据X轴速度的边界值获取提前距离的边界值，并将提前距离的边界值存入控制系统作为控制系统参数。

步骤S220，获取X轴在线的实时速度。

步骤S230，根据实时速度调用控制系统参数及X轴速度的边界值，得到当前提前距离。

根据X轴速度的边界值获得提前距离的边界值，通过不断调整提前距离的边界值，使提前距离的边界值到目标距离之间，机械手自动转角均获得平滑的轨迹，此时将两个提前距离的边界值存入控制系统作为控制系统参数，当X轴的实时速度在两个边界值速度之间时，调用控制系统以及控制系统参数，此时所有的轨迹均落在两个边界值的轨迹之间。

参照图5，步骤S210，根据X轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

步骤S211，获取X轴在线调整最大速度；

步骤S212，基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最大值。

步骤S213，获取X轴在线调整最小速度；

步骤S214，基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最小值。

本实施例中最大速度的轨迹采用期望平滑轨迹中的极限状态，此时最大的提前距离被确定，所有的提前距离均不会超过最大提前距离，当对最小速度时机械手转角轨迹确定后，其他实时速度的提前距离均落入最大提前距离和最小提前距离之间，使其他实时速度下的轨迹均为平滑轨迹。

步骤S230，根据实时速度调用控制系统参数及X轴速度的边界值，得到当前提前距离的步骤包括：

基于Y轴最大速度、最大提前距离、Y轴最小速度和最小提前距离得到实时速度的当前提前距离，当前提前距离的计算公式为：

M=X2+ (X1-X2)/(V1-V2)*V

其中M表示当前的提前距离，V1表示X轴最大速度，X1表示最大提前距离，V2表示X轴最小速度，X2表示最小提前距离，V表示实时速度。其中通过最大提前距离减去最小提前距离得到提前距离差值，通过X轴最大速度减去X轴最小速度得到速度差值，通过提前距离差值与速度差值相比得到每单位速度下在提前距离差值内运动的距离，提前距离差值与速度差值相比后再乘以实时速度，得到实时速度下在提前距离差值内运动的距离，再加上最小提前距离后得到实时速度的当前提前距离。

本实施例的实施原理为，在控制系统中存储最大速度和最小速度，并存储最大提前距离和最小提前距离作为控制系统参数，机械手进行自动转角时，调用提前距离的获得公式，并将公式中的各个数值带入得到当前的提前距离，然后就可以得到期望的平滑轨迹。

实施例3

本实施例与实施例2的不同之处在于，本实施例采用Y轴作为速度调整轴，在X轴上确定一个目标位置，X轴方向上的速度大小不变。

步骤S200，基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离的步骤包括：

步骤S210，根据Y轴速度的边界值获取提前距离的边界值，并将提前距离的边界值存入控制系统作为控制系统参数。

步骤S220，获取Y轴在线的实时速度。

步骤S230，根据实时速度调用控制系统参数及Y轴速度的边界值，得到当前提前距离。

步骤S210，根据Y轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

步骤S211，获取Y轴在线调整最大速度；

步骤S212，基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最大值。

步骤S213，获取Y轴在线调整最小速度；

步骤S214，基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最小值。

步骤S230，根据实时速度调用控制系统参数及Y轴速度的边界值，得到当前提前距离的步骤包括：

基于Y轴最大速度、最大提前距离、Y轴最小速度和最小提前距离得到实时速度的当前提前距离，当前提前距离的计算公式为：

M=Y2+ (Y1-Y2)/(V1-V2)*V

其中M表示当前的提前距离，V1表示Y轴最大速度，Y1表示最大提前距离，V2表示Y轴最小速度，Y2表示最小提前距离，V表示实时速度。

综上所述，基于Y轴作为速度调整轴与实施例2步骤基本一致，计算方法也基本相同，主要是区别于实施例2中的X轴向Y轴转角，进行了Y轴向X轴转角的改变，无论采用何种方式，均能得到机械手转角的期望平滑轨迹。

Claims (8)

1.一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

选择其中一个坐标轴作为速度调整轴；

基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离；

所述提前距离的计算公式为：

M=X2+ ((X1-X2)/(V1-V2))*V

其中M表示当前的提前距离，V1表示X轴最大速度，X1表示最大提前距离，V2表示X轴最小速度，X2表示最小提前距离，V表示实时速度；

或

M=Y2+ ((Y1-Y2)/(V1-V2))*V

其中M表示当前的提前距离，V1表示Y轴最大速度，Y1表示最大提前距离，V2表示Y轴最小速度，Y2表示最小提前距离，V表示实时速度；

基于实时调整的提前距离实现机械手转角轨迹的自动调整。

2.根据权利要求1所述的一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法，其特征在于，所述选择其中一个坐标轴作为速度调整轴的步骤包括：

选择X轴作为速度调整轴；

所述基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离的步骤包括：根据X轴速度的边界值获取提前距离的边界值，并将提前距离的边界值存入控制系统作为控制系统参数；

获取X轴在线的实时速度；

根据实时速度调用控制系统参数及X轴速度的边界值，得到当前提前距离；

基于实时调整的提前距离实现机械手转角轨迹的自动调整的步骤包括：根据当前提前距离获取当前提前距离到Y轴指定位置之间的期望平滑轨迹。

3.根据权利要求2所述的一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法，其特征在于，所述根据X轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

获取X轴在线调整最大速度；

基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最大值。

4.根据权利要求3所述的一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法，其特征在于，所述根据X轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

获取X轴在线调整最小速度；

基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最小值。

5.根据权利要求1所述的一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法，其特征在于，所述选择其中一个坐标轴作为速度调整轴的步骤包括：

选择Y轴作为速度调整轴；

所述基于所述速度调整轴的实时速度，自适应调整该速度调整轴运行至目标位置的垂直距离即提前距离的步骤包括：根据Y轴速度的边界值获取提前距离的边界值，并将提前距离的边界值存入控制系统作为控制系统参数；

获取Y轴在线的实时速度；

根据实时速度调用控制系统参数及Y轴速度的边界值，得到当前提前距离；

基于实时调整的提前距离实现机械手转角轨迹的自动调整的步骤包括：根据当前提前距离获取当前提前距离到X轴指定位置之间的期望平滑轨迹。

6.根据权利要求5所述的一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法，其特征在于，所述根据Y轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

获取Y轴在线调整最大速度；

基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最大值。

7.根据权利要求6所述的一种机械手自动运行时的转角轨迹控制方法，其特征在于，所述根据Y轴速度的边界值获取提前距离的边界值的步骤包括：

获取Y轴在线调整最小速度；

基于期望平滑轨迹和运行效果，整定提前距离，获得提前距离的最小值。

8.一种机械手自动运行时的转角轨迹控制装置，其特征在于，包括：

存储器，存储有机械手自动运行程序、控制系统参数以及得到提前距离的计算方法；

处理器，在运行所述机械手自动运行程序时执行权利要求1~7任一项所述方法的步骤。

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