[发明专利]一种基于可编程控制器的工业机器人直线插补方法

权利要求书

1.一种基于可编程控制器的工业机器人直线插补方法，提供一工业机器人系统，该工业机器人系统包括至少M个关节，其中M为大于或等二的整数；每个关节均由任意实现圆周运动或直线运动的传动机构传动；由带高速脉冲输出通道且支持数据表运行方式的可编程控制器PLC控制所述每个关节的定位运动;其特征在于，按照以下步骤实现：

S01：在笛卡尔坐标下，通过示教手段，根据工业机器人正运动学方程获得所述待插补直线运动的插补起点A及插补终点B的工具中心点TCP坐标，且将所述插补起点A的坐标表示为                                                ，将所述插补终点B的坐标表示为，同时得到所述插补起点A和所述插补终点B两点间的距离S：；

S02：将所述工具中心点TCP在所述笛卡尔坐标系下的运动速度表示为V，并得到插补运行的总时间T：；将所需的插补时间步长表示为，进而得到从所述插补起点A到所述插补终点B所需的理论插补步数：；由于存在机械臂的惯量以及高速脉冲输出口对初始脉冲频率的限制，在插补过程的首尾分别设置加速段和减速段，令加速段和减速段的时间相等，且均表示为，从而得到笛卡尔坐标系下的加速度a：，加减速段所需的插补步数：，实际插补步数应为：；其中，从第0步到第步为加速段，从第步到第步为恒速段，从第到第步为减速段；

S03：根据所述步骤S02中加减速特性相关参数计算每一插补点与所述插补起点A的距离：

，其中，所述插补点为第个插补点,也即插补过程第步插补；

S04：以所述插补起点A的坐标开始，在插补线段AB上的任一插补点在笛卡尔坐标系下的坐标，为，，，其中，，；

S05：确定每个关节的脉冲当量，其中m为关节编号,表示第m个关节，其中；并根据工业机器人逆运动学方程，分别求出每一插补点坐标对应的每个关节的角位移或线位移；且基于该位移量，求出每个关节对应的高速脉冲通道的目标脉冲数:或；将各高速脉冲通道中当前插补点的目标脉冲数与上一插补点的目标脉冲数的相减，得到各通道每插补一步需要输出的脉冲增量：；由于是等时间间隔插补，即每一步都是在内完成的，进一步得到每插补一步对应关节的脉冲频率F：；

S06：由于可编程控制器PLC在硬件上存在限制的最低脉冲频率，则以最低频率插补一步的最小脉冲量为：；若插补过程中单步的脉冲增量小于最小脉冲量，则对目标脉冲数进行补偿，即每次计算完脉冲增量，都与最小脉冲量进行比较，若出现满足的插补点，则对目标脉冲数进行补偿，补偿为最小脉冲量，并记录补偿次数；直到遇到的插补点，开始对目标脉冲数进行反向补偿，以抵消之前增加的脉冲数；

S07：每完成一个插补点，通过插补点指针i判断插补计算是否完成；若完成插补计算，跳转步骤S08，若未完成则跳转所述步骤S03，计算下一插补点；

S08：定位数据表包括控制代码、脉冲频率和目标脉冲数三部分，根据不同的可编程控制器PLC数据表指令，将对应计算出来的脉冲频率和目标脉冲值按照顺序提取出来，并确定控制代码，分别生成特定格式的定位数据表，以控制各高速脉冲通道按照各自的定位数据表同步输出高速脉冲，实现直线插补。

2.根据权利要求1所述的一种基于可编程控制器的工业机器人直线插补方法，其特征在于：所述方法适用于任意数量的可编程控制器PLC高速脉冲输出通道,并且适用于任意实现圆周运动或直线运动的传动机构。

3.根据权利要求1所述的一种基于可编程控制器的工业机器人直线插补方法，其特征在于：所述方法在插补运动开始之前已完成插补计算并生成定位数据表。