CN111421555A - 一种高精度机器人的多轴同步控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度机器人的多轴同步控制方法，在硬件平台中嵌入相互联通的ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片设置接口包括LCD接口、RS‑232接口、JTAG接口、I/O接口、传感器接口和触摸屏接口，FPGA芯片设置接口包括按键接口、指示灯接口和驱动器接口；于硬件平台中通过软件封装译码模块、通信模块、插补模块、速度规划模块和监测模块；通过基于S形速度规划的NURBS插补算法，以ARM芯片和FPGA芯片为基础嵌入模块化的控制软件，具有极佳的控制反应速度，提高了多轴同步控制的精度，保障了纤维缠绕机在对复杂、异型的构件进行缠绕时能持续性得进行高速、高精度的缠绕工作。

Description

一种高精度机器人的多轴同步控制方法
技术领域
本发明具体涉及一种高精度机器人的多轴同步控制方法。
背景技术
目前国产高水平缠绕机设备的自动化程度低，缠绕精度差，不能保证制品的高性能要求，随着限位缠绕复合材料制品向着复杂化、异型化的方向发展，对纤维缠绕复合材料的工艺装备技术性能的要求也相应提高，而多轴联动的控制是影响纤维缠绕质量的重要因素。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种高精度机器人的多轴同步控制方法，所述的方法包括如下步骤：
S1：在硬件平台中嵌入相互联通的ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片设置接口包括LCD接口、RS-232接口、JTAG接口、I/O接口、传感器接口和触摸屏接口，FPGA芯片设置接口包括按键接口、指示灯接口和驱动器接口；
S2：于硬件平台中通过软件封装译码模块、通信模块、插补模块、速度规划模块和监测模块；
S3：译码模块根据输入的加工程序的语法规则对用户编写的加工零件的描述代码进行语法、语义的检查，并将整段NURBS参数曲线的加工指令全部译码存入缓冲区，由其他模块调用；
S4：通信模块通过触摸屏和ARM控制器的数据传输实现人机交互；
S5：插补模块从缓冲区读取NURBS参数曲线将参数曲线分段，计算出插补点的参数，将参数信息存入消息队列；
S6：速度规划模块调用消息队列的数据，判断线段速度规划模式，根据不同的模式选择对应的加减速控制方案进行加减速规划，同时保证规划处的速度满足约束条件；
S7：插补模块调用译码模块存入缓冲区的数据，同时根据速度规划模块规划的速度计算出各轴的位移增量，并将唯一增量换算成脉冲数来驱动电机，完成运动轨迹和加工速度的控制；
S8：监测模块始终运行于ARM上，在硬件平台运行时监测故障，发生宜昌市进行任务切换，并将错误码发送至触摸屏进行显示。
为了更好地实现多轴同步控制，优选地，所述的速度规划模块采用S形速度规划算法。
优选地，所述的插补模块采用NURBS插补算法，NURBS插补算法的流程为：
通过NURBS参数曲线的控制顶点、权因子等参数将参数曲线分段，确定插补点，记录插补点参数ui；
根据插补点参数计算ui出曲线段两端的最大进给速度；
通过当前插补点P(ui)的曲线参数ui、曲率半径Ri、插补周期T等计算出下一个插补点P(ui+1)的参数ui+1；
根据式(1-1)、插补周期T和当前插补点P(ui)处的进给速度vi来求出曲率最大的插补点的位置，根据式(1-2)求得NURBS曲线各曲线段的曲率；
Figure BDA0002514996330000021
Figure BDA0002514996330000022
将NURBS曲线内各插补点处的曲率ki同kr做比较，找出曲线内曲率变化较大的点，在曲率较大点处将曲线分段，并计算并修正各线段的进给速度vi、起始速度vs、终点速度ve、速度规划各阶段长度s(t)；
通过对各线段的进给速度vi、起始速度vs、终点速度ve等参数的分析判断，对速度规划类型的分析分类，确定各线段包含的加减速阶段；
通过对当前线段加减速类型的判断来确定速度规划算法的速度和加速度方程，进而求得速度规划所需要的各个参数，建立加速链表和减速链表，根据式(1-3)的约束条件对插补点的进给速度进行修正，完成参数曲线的速度规划。
Figure BDA0002514996330000031
有益效果：本发明中通过基于S形速度规划的NURBS插补算法，以ARM芯片和FPGA芯片为基础嵌入模块化的控制软件，具有极佳的控制反应速度，提高了多轴同步控制的精度，保障了纤维缠绕机在对复杂、异型的构件进行缠绕时能持续性得进行高速、高精度的缠绕工作。
附图说明
图1是硬件平台的接口示意图；
图2是插补算法的流程示意图；
图3是封装软件的分类示意图；
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-3所示，一种高精度机器人的多轴同步控制方法，所述的方法包括如下步骤：
S1：在硬件平台中嵌入相互联通的ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片设置接口包括LCD接口、RS-232接口、JTAG接口、I/O接口、传感器接口和触摸屏接口，FPGA芯片设置接口包括按键接口、指示灯接口和驱动器接口；
S2：于硬件平台中通过软件封装译码模块、通信模块、插补模块、速度规划模块和监测模块；
S3：译码模块根据输入的加工程序的语法规则对用户编写的加工零件的描述代码进行语法、语义的检查，并将整段NURBS参数曲线的加工指令全部译码存入缓冲区，由其他模块调用；
S4：通信模块通过触摸屏和ARM控制器的数据传输实现人机交互；
S5：插补模块从缓冲区读取NURBS参数曲线将参数曲线分段，计算出插补点的参数，将参数信息存入消息队列；
S6：速度规划模块调用消息队列的数据，判断线段速度规划模式，根据不同的模式选择对应的加减速控制方案进行加减速规划，同时保证规划处的速度满足约束条件；
S7：插补模块调用译码模块存入缓冲区的数据，同时根据速度规划模块规划的速度计算出各轴的位移增量，并将唯一增量换算成脉冲数来驱动电机，完成运动轨迹和加工速度的控制；
S8：监测模块始终运行于ARM上，在硬件平台运行时监测故障，发生宜昌市进行任务切换，并将错误码发送至触摸屏进行显示。
为了更好地实现多轴同步控制，优选地，所述的速度规划模块采用S形速度规划算法。
优选地，所述的插补模块采用NURBS插补算法，NURBS插补算法的流程为：
通过NURBS参数曲线的控制顶点、权因子等参数将参数曲线分段，确定插补点，记录插补点参数ui；
根据插补点参数计算ui出曲线段两端的最大进给速度；
通过当前插补点P(ui)的曲线参数ui、曲率半径Ri、插补周期T等计算出下一个插补点P(ui+1)的参数ui+1；
根据式(1-1)、插补周期T和当前插补点P(ui)处的进给速度vi来求出曲率最大的插补点的位置，根据式(1-2)求得NURBS曲线各曲线段的曲率；
Figure BDA0002514996330000051
Figure BDA0002514996330000052
将NURBS曲线内各插补点处的曲率ki同kr做比较，找出曲线内曲率变化较大的点，在曲率较大点处将曲线分段，并计算并修正各线段的进给速度vi、起始速度vs、终点速度ve、速度规划各阶段长度s(t)；
通过对各线段的进给速度vi、起始速度vs、终点速度ve等参数的分析判断，对速度规划类型的分析分类，确定各线段包含的加减速阶段；
通过对当前线段加减速类型的判断来确定速度规划算法的速度和加速度方程，进而求得速度规划所需要的各个参数，建立加速链表和减速链表，根据式(1-3)的约束条件对插补点的进给速度进行修正，
Figure BDA0002514996330000053
完成参数曲线的速度规划。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高精度机器人的多轴同步控制方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
S1：在硬件平台中嵌入相互联通的ARM芯片和FPGA芯片，ARM芯片设置接口包括LCD接口、RS-232接口、JTAG接口、I/O接口、传感器接口和触摸屏接口，FPGA芯片设置接口包括按键接口、指示灯接口和驱动器接口；
S2：于硬件平台中通过软件封装译码模块、通信模块、插补模块、速度规划模块和监测模块；
S3：译码模块根据输入的加工程序的语法规则对用户编写的加工零件的描述代码进行语法、语义的检查，并将整段NURBS参数曲线的加工指令全部译码存入缓冲区，由其他模块调用；
S4：通信模块通过触摸屏和ARM控制器的数据传输实现人机交互；
S5：插补模块从缓冲区读取NURBS参数曲线将参数曲线分段，计算出插补点的参数，将参数信息存入消息队列；
S6：速度规划模块调用消息队列的数据，判断线段速度规划模式，根据不同的模式选择对应的加减速控制方案进行加减速规划，同时保证规划处的速度满足约束条件；
S7：插补模块调用译码模块存入缓冲区的数据，同时根据速度规划模块规划的速度计算出各轴的位移增量，并将唯一增量换算成脉冲数来驱动电机，完成运动轨迹和加工速度的控制；
S8：监测模块始终运行于ARM上，在硬件平台运行时监测故障，发生宜昌市进行任务切换，并将错误码发送至触摸屏进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种高精度机器人的多轴同步控制方法，其特征在于，所述的速度规划模块采用S形速度规划算法。
3.根据权利要求1所述的一种高精度机器人的多轴同步控制方法，其特征在于，所述的插补模块采用NURBS插补算法，NURBS插补算法的流程为：
通过NURBS参数曲线的控制顶点、权因子等参数将参数曲线分段，确定插补点，记录插补点参数ui；
根据插补点参数计算ui出曲线段两端的最大进给速度；
通过当前插补点P(ui)的曲线参数ui、曲率半径Ri、插补周期T等计算出下一个插补点P(ui+1)的参数ui+1；
根据式(1-1)、插补周期T和当前插补点P(ui)处的进给速度vi来求出曲率最大的插补点的位置，根据式(1-2)求得NURBS曲线各曲线段的曲率；
Figure FDA0002514996320000021
Figure FDA0002514996320000022
将NURBS曲线内各插补点处的曲率ki同kr做比较，找出曲线内曲率变化较大的点，在曲率较大点处将曲线分段，并计算并修正各线段的进给速度vi、起始速度vs、终点速度ve、速度规划各阶段长度s(t)；
通过对各线段的进给速度vi、起始速度vs、终点速度ve等参数的分析判断，对速度规划类型的分析分类，确定各线段包含的加减速阶段；
通过对当前线段加减速类型的判断来确定速度规划算法的速度和加速度方程，进而求得速度规划所需要的各个参数，建立加速链表和减速链表，根据式(1-3)的约束条件对插补点的进给速度进行修正，
Figure FDA0002514996320000023
完成参数曲线的速度规划。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112327758A (zh) * 2020-10-22 2021-02-05 哈尔滨工程大学 基于b样条拟合及分段插补的小线段刀轨局部光顺方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103728923A (zh) * 2013-12-24 2014-04-16 嘉兴学院 一种高效高平稳的数控***柔性加减速控制方法
CN104281099A (zh) * 2014-10-28 2015-01-14 湘潭大学 一种考虑加工特性的nurbs直接插补方法及装置
CN105785921A (zh) * 2016-03-25 2016-07-20 华南理工大学 一种工业机器人nurbs曲线插补时的速度规划方法
CN107817764A (zh) * 2017-10-23 2018-03-20 山东大学 一种基于s曲线加减速算法的nurbs曲线双向自适应插补算法
CN109062145A (zh) * 2018-08-13 2018-12-21 大古智能科技（上海）有限公司 基于wifi通信的数控机床运动控制卡

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103728923A (zh) * 2013-12-24 2014-04-16 嘉兴学院 一种高效高平稳的数控***柔性加减速控制方法
CN104281099A (zh) * 2014-10-28 2015-01-14 湘潭大学 一种考虑加工特性的nurbs直接插补方法及装置
CN105785921A (zh) * 2016-03-25 2016-07-20 华南理工大学 一种工业机器人nurbs曲线插补时的速度规划方法
CN107817764A (zh) * 2017-10-23 2018-03-20 山东大学 一种基于s曲线加减速算法的nurbs曲线双向自适应插补算法
CN109062145A (zh) * 2018-08-13 2018-12-21 大古智能科技（上海）有限公司 基于wifi通信的数控机床运动控制卡

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李芮秉: "嵌入式多轴联动插补***控制策略研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（工程科技Ⅰ辑）》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112327758A (zh) * 2020-10-22 2021-02-05 哈尔滨工程大学 基于b样条拟合及分段插补的小线段刀轨局部光顺方法
CN112327758B (zh) * 2020-10-22 2021-09-21 哈尔滨工程大学 基于b样条拟合及分段插补的小线段刀轨局部光顺方法

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