[发明专利]一种快速规划6阶S型运动曲线的方法

说明书

本发明公开一种快速规划6阶S型运动曲线的方法，通过已知的运动参数距离L_d、启动速度V_s、结束速度V_e、最大加加速J_m、最大允许速度V_m将待规划的S型速度曲线分为H(Head)加速阶段、B(Body)匀速阶段、T(Tail)减速阶段三种分段；对H与T段使用5阶贝塞尔曲线的方法来规划6阶S型速度曲线，同时设计了一种前向差分的计算法来提升计算效率；最后对速度曲线进行等间隔采样，分别设计了脉冲和总线型控制器的位置数据更新计算方法。

技术领域

本发明涉及精密运动控制，特别适用于对运动控制要求高速、平稳的速度曲线规划。

背景技术

在带运动单元的自动化设备中，为了保证设备的运动单元在运动启动、停止、变速过程中避免产生冲击、失步、震荡和超程，以保证在高速运动情况下设备整体的平稳。输出给运动驱动器的控制信号必须要进行精细的过程规划，常见的运动过程规划有梯形与S型曲线两种，梯形曲线计算量少，易于实现，但由于加速轨迹无平滑过程，存在力矩冲击，工程中比较少应用。S型曲线加入了加速度的控制，能有效减少力矩的突变，能更好的控制电机的力矩输出，可以让系统在达到更高加速度和控制精度的同时减少机械上的冲击提高设备的可靠性。

S曲线根据其控制的精细度分体现在对位置曲线求导阶数上，1阶Velocity，2阶Acceleration,3阶Jerk,4阶Snap,5阶Crackle,6阶Pop，阶数越高轨迹规划算法越复杂，控制效果越好，目前市面商用运动控制器多为3阶曲线控制，部分特殊行业专用设备能做到4阶曲线，使用传统方法计算S曲线依赖非常细致的分段，例如4阶S型曲线就需要分为14段进行计算，分段条件繁杂这使得轨迹解析非常繁复，实际中使用容易出错，对实现的硬件的要求也非常高，6阶曲线用传统方法属难于实现的技术。

发明内容

本发明针对当前6阶S型运动曲线规划难以可靠实现的问题，提供一种快速规划6阶S型运动曲线的方法，所述方法是基于等间隔采样贝塞尔曲线来实现6阶运动曲线规划的方法，易于多平台实现和移植。

本发明的一种快速规划6阶S型运动曲线的方法，包括如下步骤：

步骤1，输入待规划的运动曲线参数：轨迹长度L_d、启动速度V_s、结束速度V_e、最大加加速J_m、最大允许速度V_m。

步骤2，使用J_m与V_m作为约束条件，计算V_s、V_e、L_d之间的关系，将待规划的运动曲线分为加速阶段、匀速阶段和减速阶段，其中加速阶段记作H分段，匀速阶段记作B分段，减速阶段记作T分段，待规划的S型曲线上会出现的运动状态分段情况为HBT、HB、BT、HT、H、T、B几种中的一种，对待规划的S型曲线上的运动状态组合进行判断；

步骤3，对存在的H分段和T分段的运动曲线，使用5阶贝塞尔曲线规划速度曲线；

步骤4，对步骤三中规划出的速度曲线进行等间隔采样，将速度曲线等分为N份，每份时间间隔为h，采用向前差分的方式计算出速度曲线上的离散V值，即可在不同硬件平台上实现6阶控制曲线。

有益效果：

本发明的一种快速规划6阶S型运动曲线的方法，采用前向差分计算的贝塞尔曲线方法，将算法计算量降低，使得多平台可实现；抛弃传统方法中将多阶运动控制曲线分解为多段，使用众多条件判断来分段执行的思路，采用简易分类将运动曲线分为加速，匀速，减速三种类型或其结合，对加速或减速过程直接规划出速度曲线，规划阶段简单直观，大大增加了算法的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明的整体步骤流程图。