一种控制方法、装置、存储介质及电子设备
技术领域
本发明涉及装备控制技术领域,具体涉及一种控制方法、装置、存储介质及电子设备。
背景技术
相对于常规的串联式直角坐标机构,龙门式轮组机构的驱动组件固定于机架,不跟随前置机构运动,因此具备更低的运动惯量和更高的动态响应速度,更适合于应用在对工作节拍要求较高的抓取场景。然而,在进行用户工作坐标系到驱动轴坐标系之间的转换时,不同于直角坐标机构中简单的比例转换关系,龙门式轮组机构的运动学模型较为复杂,给开发使用这种机构的抓取设备的控制装置造成了困难,且目前尚未有相关控制装置。
因此,如何提供一种控制方法、装置、存储介质及电子设备,以实现对龙门式轮组机构抓取设备进行控制,是本领域技术人员亟待解决的一大技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种控制方法、装置、存储介质及电子设备,能够实现对龙门式轮组机构抓取设备的控制。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种控制方法,应用于龙门式轮组机构抓取设备,包括:
获取待执行的运动控制指令;
获取目标位置点坐标;
基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置;
基于所述目标转角位置以及电机实际位置,确定出控制所述电机的速度的目标模拟量输出值。
可选的,所述获取目标位置点坐标,包括:
基于用户参数,确定目标规划,所述目标规划包括梯形加减速规划或S形加减速规划;
基于规划轨迹,计算所述规划轨迹上的预设点的位置信息;
确定所述位置信息为所述目标位置点坐标。
可选的,所述基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置,包括:
建立龙门式轮组机构抓取设备的运动学求解模型;
将所述目标位置点坐标输入所述运动学模型,确定所述运动学模型的输出为所述电机的目标转角位置。
可选的,所述建立龙门式轮组机构抓取设备的运动学求解模型,包括:
获取驱动轮所转过的增量角位移;
基于所述增量角位移,确定滑块在坐标系上的位置变化量;
对所述位置变化量求逆解,得到转角方程;
确定所述转角方程为所述运动学求解模型。
一种控制装置,应用于龙门式轮组机构抓取设备,包括:
第一获取模块,用于获取待执行的运动控制指令;
第二获取模块,用于获取目标位置点坐标;
第一确定模块,用于基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置;
第二确定模块,用于基于所述目标转角位置以及电机实际位置,确定出控制所述电机的速度的目标模拟量输出值。
可选的,所述第二获取模块包括:
第一确定单元,用于基于用户参数,确定目标规划,所述目标规划包括梯形加减速规划或S形加减速规划;
计算单元,用于基于规划轨迹,计算所述规划轨迹上的预设点的位置信息;
第二确定单元,用于确定所述位置信息为所述目标位置点坐标。
可选的,所述第一确定模块,包括:
创建单元,用于建立龙门式轮组机构抓取设备的运动学求解模型;
第三确定单元,用于将所述目标位置点坐标输入所述运动学模型,确定所述运动学模型的输出为所述电机的目标转角位置。
可选的,所述创建单元包括:
获取子单元,用于获取驱动轮所转过的增量角位移;
第一确定子单元,用于基于所述增量角位移,确定滑块在坐标系上的位置变化量;
计算子单元,用于对所述位置变化量求逆解,得到转角方程;
第二确定子单元,用于确定所述转角方程为所述运动学求解模型。
一种存储介质,所述存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行任意一项上述的控制方法。
一种电子设备,设备包括至少一个处理器、以及与处理器连接的至少一个存储器、总线;其中,所述处理器、所述存储器通过所述总线完成相互间的通信;所述处理器用于调用所述存储器中的程序指令,以执行任意一项上述的控制方法。
与现有技术相比,本发明所提供的技术方案具有以下优点:
本发明提供了一种控制方法、装置、存储介质及电子设备,该控制方法应用于龙门式轮组机构抓取设备。首先获取待执行的运动控制指令以及目标位置点坐标,然后基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置。之后基于所述目标转角位置以及电机实际位置,确定出控制所述电机的速度的目标模拟量输出值。可见,本方案提供的龙门式轮组机构抓取设备控制装置,能够实现对龙门式轮组机构抓取设备的控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种龙门式轮组机构抓取设备控制装置的结构示意图;
图2为本发明提供的一种龙门式轮组机构抓取设备的结构示意图;
图3为本发明提供的一种控制方法的流程示意图;
图4为本发明提供的一种控制方法的又一流程示意图;
图5为本发明提供的一种控制方法的又一流程示意图;
图6为本发明提供的一种控制方法的又一流程示意图;
图7是本发明提供的龙门式轮组机构抓取设备运动学分析图;
图8是本发明提供的一种龙门式轮组机构抓取设备控制装置的软件架构框图;
图9是本发明提供的一种龙门式轮组机构抓取设备控制装置的运动控制原理框图;
图10为本发明实施例提供的一种控制装置的结构示意图;
图11为本发明实施例提供的一种控制***的硬件架构图。
其中,1为静轮,2为同步齿形带,3为导轮,4为动平台,5为移动副,6为移动副。
具体实施方式
请参阅图1,为本发明提供的一种龙门式轮组机构抓取设备控制装置的结构示意图,该龙门式轮组机构抓取设备控制装置,包括:至少三个伺服电机控制模块,其中,所述伺服电机控制模块包括模拟量输出接口以及编码器计数接口。
需要说明的是,龙门式轮组机构的机构简图如图2所示。该机构由静轮1、同步齿形带2、导轮3、动平台4、移动副5、移动副6组成。其中四个静轮1为同步齿形带轮,通过转动副与机架连接;四个导轮3固定在动平台4上,随动平台4移动;同步齿形带2把所有带轮连接起来;移动副5固定于机架,用于动平台3的支撑导向;移动副6的导轨固定于动平台3上,滑块A固定于同步齿形带2上。四个静轮1的尺寸参数完全相同,四个导轮3的尺寸参数完全相同。
该机构具有两个自由度,选择图2中两个静轮作为驱动轮,驱动动平台3沿移动副5左右运动以及滑块A沿移动副6的导轨上下运动,从而控制滑块A在工作坐标系O-XY下的定位运动。由于驱动轮以及与之连接的驱动电机固定于机架上,不跟随前置机构运动,因此该机构具备更低的运动惯量和更高的动态响应速度,适用于节拍要求较高的抓取设备。
具体的,本发明提供的一种龙门式轮组机构抓取设备控制装置中,两个所述伺服电机控制模块与驱动龙门式轮组机构的两个带轮的伺服电机相连。一个所述伺服电机控制模块与驱动Z轴的电动缸相连。
在上述实施例的基础上,本实施例提供的龙门式轮组机构抓取设备控制装置,还可以包括:模拟量输入接口,其中,所述模拟量输入接口与扭矩传感器相连。除此,本实施例提供的龙门式轮组机构抓取设备控制装置,还可以包括:数字量输入接口,其中,所述数字量输入接口与接近开关相连。
本实施例提供的龙门式轮组机构抓取设备控制装置,还可以包括:数字量输出接口,其中,所述数字量输出接口与继电器、报警灯或开关阀相连。本实施例提供的龙门式轮组机构抓取设备控制装置,还可以包括:RS485接口,其中,所述RS485接口与外接显示屏相连。本实施例提供的龙门式轮组机构抓取设备控制装置,还可以包括:以太网接口,其中,所述以太网接口与上位机相连。
示意性的,在本实施例中,龙门式轮组机构抓取设备控制装置具有3个模拟量输出接口和两个编码器计数接口,用于完成3个伺服电机的闭环控制,其中伺服电机1和2用于驱动龙门式轮组机构的两个带轮,3用于驱动Z轴电动缸;模拟量输入接口用于输入扭矩/力传感器信号,用于有需要控制抓取力的场景;数字量输入接口用于接入现场接近开关信号,如按钮、原点开关、限位开关等;数字量输出接口用于控制继电器、报警灯、开关阀等;RS485接口用于接入触摸屏,支持Modbus协议;以太网接口用于连接上位机编程组态软件,用户可使用编程组态软件进行二次开发,编写工程程序下载至控制装置中,控制设备运行。
结合上述龙门式轮组机构抓取设备的硬件结构,如图3所示,本发明实施例提供了一种控制方法,包括:
S31、获取待执行的运动控制指令;
S32、获取目标位置点坐标;
S33、基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置;
S34、基于所述目标转角位置以及电机实际位置,确定出控制所述电机的速度的目标模拟量输出值。
具体的,如图4所示,本发明实施例还提供了一种获取目标位置点坐标的具体实现方式,包括:
S41、基于用户参数,确定目标规划,所述目标规划包括梯形加减速规划或S形加减速规划;
S42、基于规划轨迹,计算所述规划轨迹上的预设点的位置信息;
S43、确定所述位置信息为所述目标位置点坐标。
除此,在本实施例中,还可以如图5所示,提供了一种基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置的具体实现方式,包括:
S51、建立龙门式轮组机构抓取设备的运动学求解模型;
S52、将所述目标位置点坐标输入所述运动学模型,确定所述运动学模型的输出为所述电机的目标转角位置。
其中,建立龙门式轮组机构抓取设备的运动学求解模型可以通过如图6所示的方式搭建,包括步骤:
S61、获取驱动轮所转过的增量角位移;
S62、基于所述增量角位移,确定滑块在坐标系上的位置变化量;
S63、对所述位置变化量求逆解,得到转角方程;
S64、确定所述转角方程为所述运动学求解模型。
具体的,结合图7,发明人对龙门式轮组机构抓取设备的结构的运动学进行分析,如下:
两个驱动轮的角位移坐标在驱动坐标系
下描述;取滑块A上某定点代表目标控制点位置,其位置坐标在工作坐标系O-XY下描述。取驱动轮半径为r,设两个驱动轮的角位移为
规定逆时针转动方向为正方向。
如果两个驱动轮同时转动,所转过增量角位移分别为
则滑块A在O-XY坐标系下的位置变化量分析如下:
龙门式轮组机构运动过程中,机构上的同步齿形带的整体长度是固定不变的,变化的只是带长在不同位置的分配。经分析,变化的尺寸只有图2中所标示的带长L1、L2、R1、R2、Y1、Y2,其中Y1、Y2是以滑块上目标控制点为基准分割点衡量的尺寸。显然,L1、L2、R1、R2、Y1、Y2满足如下关系:
且满足如下约束:
L1+L2带长的变化量为:
由于L1=L2,可知:
又有L1+R1=定值,R1=R2,可得:
当两个带轮转过增量角位移
时,龙门式轮组机构的右侧R
1+Y
2带长的变化量为:
综上,可得各方向的带长变化量为:
因此,滑块A在O-XY坐标系下的位置变化量为:
在选取了输出坐标系O-XY的坐标原点后,上式便可写成如下形式:
上式即为该机构的位置正解结果。
由位置正解可推得位置逆解结果为:
实际使用时可在滑块A上级联一个电动缸,实现Z向的定位,Z轴电机转角的求解仅为简单的线性转换。
结合上述运动学分析,可在工作坐标系中编写程序,使得运动学求解的过程在控制装置中自动完成。例如,该龙门式轮组机构抓取设备控制装置的软件架构如图8所示。控制装置软件是基于嵌入式实时操作***的多任务***,应用层主要包括管理任务、运动控制实时任务、用户任务、通信任务。管理任务主要完成***初始化、任务的创建/管理、上位机编程组态软件工程程序下装/在线调试服务、***状态监控和异常处理;运动控制实时任务为优先级最高的任务,任务周期为1ms,主要完成速度规划、轨迹规划、运动前瞻、龙门式轮组机构抓取设备运动学求解、伺服电机PID闭环控制、运动控制数字量/模拟量输入输出的刷新;用户任务主要运行用户编写的工程程序,用户通过上位机编程组态软件把编写好的工程程序通过以太网接口下装到控制装置中,***运行时用户任务会调用用户工程程序;通信任务主要负责通过Modbus协议与触摸屏通信,以及通过以太网口与上位编程组态软件通信。
控制装置完成设备运动控制的内部原理如图9所示,详述如下:
1、用户通过控制装置配套的上位机编程组态软件,进行工程程序编写,在工作坐标系下,按照期望的运动动作,调用***提供的运动控制指令(如点位运动、直线插补、圆弧插补等),调试好之后下装到控制装置中。
2、控制装置运行时,在用户任务中,***解析并执行用户工程程序。当执行到运动控制指令时,首先对指令进行预处理(主要完成指令的解析和初步数据计算),然后把指令放入指令队列中。
3、在运动控制实时任务中,***执行队列中的运动控制指令。首先进行运动前瞻处理,遍历队列中的运动控制指令,计算可以衔接起来的指令数目;然后根据用户参数设定进行梯形或S形加减速规划;接下来进行轨迹规划,计算位置信息,生成工作坐标系下的本周期目标位置点坐标;之后采用本发明所提供的控制方法,对生成的中间位置点坐标进行位置逆解计算,求解结果经过单位换算后,转换为电机的转角位置;以该转角位置作为电机的目标位置,与编码器反馈的电机实际位置作比较,进行PID计算,以PID算法计算的结果作为模拟量输出值,控制伺服电机的转速,完成驱动器-伺服电机的PID位置闭环控制。
4、在物理设备侧,伺服电机的输出作为龙门式轮组机构抓取设备的输入,驱动设备的末端工具按照用户程序指定的轨迹运行。
可见,本方案提供的龙门式轮组机构抓取设备控制方法,能够实现对龙门式轮组机构抓取设备的控制。
在上述实施例的基础上,如图10所示,本实施例还提供了一种控制装置,应用于龙门式轮组机构抓取设备,包括:
第一获取模块101,用于获取待执行的运动控制指令;
第二获取模块102,用于获取目标位置点坐标;
第一确定模块103,用于基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置;
第二确定模块104,用于基于所述目标转角位置以及电机实际位置,确定出控制所述电机的速度的目标模拟量输出值。
其中,所述第二获取模块可以包括:
第一确定单元,用于基于用户参数,确定目标规划,所述目标规划包括梯形加减速规划或S形加减速规划;
计算单元,用于基于规划轨迹,计算所述规划轨迹上的预设点的位置信息;
第二确定单元,用于确定所述位置信息为所述目标位置点坐标。
其中,所述第一确定模块可以包括:
创建单元,用于建立龙门式轮组机构抓取设备的运动学求解模型;
第三确定单元,用于将所述目标位置点坐标输入所述运动学模型,确定所述运动学模型的输出为所述电机的目标转角位置。
其中,所述创建单元可以包括:
获取子单元,用于获取驱动轮所转过的增量角位移;
第一确定子单元,用于基于所述增量角位移,确定滑块在坐标系上的位置变化量;
计算子单元,用于对所述位置变化量求逆解,得到转角方程;
第二确定子单元,用于确定所述转角方程为所述运动学求解模型。
该装置的工作原理请参见上述方法实施例,在此不重复叙述。
上述控制装置包括处理器和存储器,上述第一获取模块、第二获取模块、第一确定模块以及第二确定模块等均作为程序单元存储在存储器中,由处理器执行存储在存储器中的上述程序单元来实现相应的功能。
处理器中包含内核,由内核去存储器中调取相应的程序单元。内核可以设置一个或以上,通过调整内核参数来实现对龙门式轮组机构抓取设备的控制。
本发明实施例提供了一种存储介质,其上存储有程序,该程序被处理器执行时实现所述控制方法。
本发明实施例提供了一种处理器,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行所述控制方法。
本发明实施例提供了一种设备,如图11所示,设备包括至少一个处理器111、以及与处理器连接的至少一个存储器112、总线113;其中,处理器、存储器通过总线完成相互间的通信;处理器用于调用存储器中的程序指令,以执行上述的屏幕显示装置方法。本文中的设备可以是服务器、PC、PAD、手机等。
本申请还提供了一种计算机程序产品,当在数据处理设备上执行时,适于执行初始化有如下方法步骤的程序:
获取待执行的运动控制指令;
获取目标位置点坐标;
基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置;
基于所述目标转角位置以及电机实际位置,确定出控制所述电机的速度的目标模拟量输出值。
可选的,所述获取目标位置点坐标,包括:
基于用户参数,确定目标规划,所述目标规划包括梯形加减速规划或S形加减速规划;
基于规划轨迹,计算所述规划轨迹上的预设点的位置信息;
确定所述位置信息为所述目标位置点坐标。
可选的,所述基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置,包括:
建立龙门式轮组机构抓取设备的运动学求解模型;
将所述目标位置点坐标输入所述运动学模型,确定所述运动学模型的输出为所述电机的目标转角位置。
可选的,所述建立龙门式轮组机构抓取设备的运动学求解模型,包括:
获取驱动轮所转过的增量角位移;
基于所述增量角位移,确定滑块在坐标系上的位置变化量;
对所述位置变化量求逆解,得到转角方程;
确定所述转角方程为所述运动学求解模型。
综上,本发明提供了一种控制方法、装置、存储介质及电子设备,该控制方法应用于龙门式轮组机构抓取设备。首先获取待执行的运动控制指令以及目标位置点坐标,然后基于所述目标位置点坐标,利用运动学求解方法确定出电机的目标转角位置,之后基于所述目标转角位置以及电机实际位置,确定出控制所述电机的速度的目标模拟量输出值。可见,本方案提供的龙门式轮组机构抓取设备控制装置,能够实现对龙门式轮组机构抓取设备的控制。
本说明书中各个实施例采用并列或递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。