CN109521804B - 一种机器人的运动控制方法、伺服控制器和可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及机器人领域，公开了一种机器人的运动控制方法、伺服控制器和可读存储介质。本发明的额机器人的运动控制方法，包括：获取历史位置指令的接收时间；根据历史位置指令的接收时间预估下一次位置指令的接收时间；在预估出的下一次位置指令的接收时间到达前，分多次控制电机运动，多次控制所指定的运动量之和与由位置指令指定的单位运动量相关，使得在低速运行时，电机运动平滑连贯，尽量减少抖动。

Description

一种机器人的运动控制方法、伺服控制器和可读存储介质

技术领域

本发明实施例涉及机器人领域，特别涉及机器人的运动控制技术。

背景技术

工业机器人控制系统的主要任务是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，操作顺序及动作的时间等。它同时具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。

机器人自由度的高低取决于其可移动的关节数目，关节数愈多，自由度越高，位移精准度也愈出色，然所须使用的伺服电机数量就相对较多；换言之，愈精密的工业型机器人，其内的伺服电机数量愈多，一般每台多轴机器人由一套控制系统控制，也意味着控制器性能要求越高。

在伺服控制中，伺服需要根据从上位控制器输入的位置指令(脉冲序列)进行位置控制，上位控制器的脉冲序列有如下几种形态，如下表1所示，其中的上下箭头表示一个位置指令单位。

表1

以两相脉冲输入为例，通常伺服计算位置指令时，如图1所示，PULS为脉冲序列A相，SIGN为脉冲序列B相，PositionREF为计算出的位置给定值。

位置控制如图2所示，上位控制器通过脉冲序列将位置给定下发给伺服控制器，伺服控制器根据位置给定计算模块计算出的位置给定(PosREF)通过电机控制模块控制电机运行到指定位置。同时伺服控制器收集电机反馈回的位置信息(PosFDB)，并通过脉冲输出模块将位置反馈信息发送给上位控制器。

本申请发明人发现现有技术中至少存在如下问题：在低速运行时，电机走走停停，速度抖动很大。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种机器人的运动控制方法、伺服控制器和可读存储介质，使得在低速运行时，电机运动平滑连贯，尽量减少抖动。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种机器人的运动控制方法，包括：获取历史位置指令的接收时间；根据所述历史位置指令的接收时间预估下一次位置指令的接收时间；在预估出的所述下一次位置指令的接收时间到达前，分多次控制电机运动，多次控制所指定的运动量之和与由位置指令指定的单位运动量相关。

本发明的实施方式还提供了一种伺服控制器，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上述的机器人的运动控制方法。

本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的机器人的运动控制方法。

本发明实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：使用传统方式计算位置给定时，如图3所示，CalFlag为伺服的计算标志，当上位控制器希望电机低速运行时，给定的A、B相脉冲变换也就相对变慢。这样就造成了CalFlag的计算周期2到5之间没有收到任何位置给定(有的时候可能是几千个计算周期)，在没有位置给定的情况下，电机将停止运行一直等待新的位置给定值。直到等到第6个周期，位置给定值变化，电机才继续运行一个单位。可见，现有机器人运动控制时，在接收到位置指令时，控制电机运动预定的单位量，在低速运行的实际情况中，指令接收间隙较长，电机在未接收到下一指令时处于等待状态时间较长，造成运动的抖动明显。而本方案在下一指令未接收到时，分多次控制，多次控制所指定的运动量之和与由位置指令指定的单位运动量相关，也就是说，每次控制电机的运动量为预定的单位运动量的一部分，使得电机少量多次运动，直至预估的下一次位置指令接收时间，使得低速运动时，电机运动更为平滑连贯，尽量减少抖动。

作为进一步改进，所述分多次控制电机运动中，相邻两次控制的时间间隔相同。匀速进行多次控制，进一步保证电机运动的连贯平滑，有助于进一步减少抖动。

作为进一步改进，相邻两次控制的时间间隔为伺服控制器的N个计算周期，所述N为大于等于1的自然数。利用计算周期的倍数作为时间间隔的限定，更便于计算。

作为进一步改进，所述N为1。限定每次计算周期均进行运动控制，最大程度保证电机运动平滑连贯，抖动少。

作为进一步改进，所述分多次控制电机运动，具体包括：获取当前控制时间和上一次位置指令的接收时间的第一差值Tp；所述上一次位置指令和所述预估出的下一次位置指令的接收时间之差记为第二差值t2；根据所述Tp和所述t2计算出当次控制时指定的运动量。进一步限定每次控制指定的运动量根据时间比例计算出，使得位置控制更为精准。

作为进一步改进，所述Tp或所述t2的值利用寄存器获得。限定利用寄存器获得各差值，便于计算可以简单快速地实现。

作为进一步改进，所述分多次控制电机运动，具体包括：预设控制所述电机运动的次数分为M次；计算每次控制所述电机的运动量，为所述单位运动量除以所述M，所述M为大于1的自然数。进一步限定运动控制的另一种方式，预先设定控制次数，以及计算出每次的运动量，在每次控制时，均以预先计算出的运动量进行控制，无需每次进行计算，便于程序快速执行。

作为进一步改进，所述历史位置指令具体包括：上一次位置指令和上上一次位置指令。利用上一次位置指令和上上一次位置指令的接收时间进行预估，位置指令的接收时间相近，使得预估更为准确。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本发明背景技术中通常私服计算位置指令时的脉冲序列示意图；

图2是根据本发明背景技术中位置控制的硬件交互示意图；

图3是根据本发明发明内容中传统方式计算位置给定时的脉冲序列示意图；

图4是根据本发明第一实施方式中机器人的运动控制方法流程图；

图5是根据本发明第一实施方式中机器人的运动控制方法中脉冲序列示意图；

图6是根据本发明第一实施方式中机器人的运动控制方法中在预估出的下一次位置指令的接收时间到达前，每次控制电机运动中位置给定量的计算流程图；

图7是根据本发明第一实施方式中机器人的运动控制方法中利用寄存器计算时的时序示意图；

图8是根据本发明第二实施方式中机器人的运动控制方法中在预估出的下一次位置指令的接收时间到达前，每次控制电机运动中位置给定量的计算流程图；

图9是根据本发明第三实施方式中伺服控制器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种机器人的运动控制方法。本实施方式中的位置指令为脉冲序列指令，具体可以为脉冲的上升沿或下降沿。其流程如图4所示，具体如下：

步骤401，获取历史位置指令的接收时间。

具体的说，本实施方式中的历史位置指令具体包括：上一次位置指令和上上一次位置指令。

步骤402，根据历史位置指令的接收时间预估下一次位置指令的接收时间。

具体的说，如图5所示，C3线左边为上位控制器已经发出的脉冲序列，C3线右边为估算的脉冲序列。首先我们的目标是得到新的位置指令(即下一次位置指令)，假设C0线为参照位置，C1线上的位置指令的接收时间为t0，C2线上的位置指令的接收时间为t0+t1，预估的下一次位置指令的接收时间为t0+t1+t2，由于现有位置指令的频率变化较小，不会突变，所以根据t0和t1可以预估出t2，具体估算公式可以是：t2＝t1+(t1-t0)。

值得一提的是，本实施方式是根据历史两个位置指令进行下一次位置指令的接收时间估算，即根据上一次和上上一次的位置指令进行估算，实际应用中还可以根据历史中若干个位置指令的接收时间差求平均值获得下一次位置指令的接收时间，使得接收时间的预估更为准确，在此不再一一列举。

步骤403，在预估出的下一次位置指令的接收时间到达前，分多次控制电机运动。

具体的说，多次控制所指定的运动量之和与由位置指令指定的单位运动量相关，如多次运动量之和等于单位运动量。

更具体的说，本步骤中每次控制电机运动中位置给定量的计算过程可以如图6所示，具体包括以下步骤：

步骤4031，获取当前控制时间和上一次位置指令的接收时间的第一差值Tp。

具体的说，图5中C3线距上一个脉冲(C2线)的时间为Tp，Tp也是在上一次位置指令接收后经过的时长。

步骤4032，上一次位置指令和预估出的下一次位置指令的接收时间之差记为第二差值t2。

具体的说，根据步骤402中预估出的t2值作为上一次位置指令和预估出的下一次位置指令的接收时间之差。

步骤4033，根据Tp和t2计算出当次控制时指定的运动量。

具体的说，可以继续根据Tp在t2中的时间占比确定当前控制时间的位置给定，也就是说，C3线时刻的位置给定为当前位置给定加上Tp/t2。

需要说明的是，上述步骤4031至步骤4033是根据时间占比获得当前控制时间的位置给定，使得电机运动相对于时间更为平滑，尽量减少抖动，在多次控制中，每次重复上述步骤进行位置给定量的计算即可。同时，多次控制电机运动中，相邻两次控制的时间间隔相同，进一步说，本实施方式中的时间间隔为伺服控制器的一个计算周期，也就是说，在每个伺服控制器的计算周期都会进行给定位置的计算和对电机的控制。

还需要继续说明的是，上述位置给定的计算过程中Tp和t2的值可以利用寄存器获得，以致整个计算过程都可以利用寄存器实现。具体方法以图7为例具体说明：预设如下寄存器：t0Reg、t1Reg、TpReg、TimeCnt。其中TimeCnt为时间计数器，当有新的脉冲(即位置指令)出现时，该计数器清零并且重新开始计算。t1Reg为t1时间寄存寄存器，当有新的脉冲出现时，该寄存器寄存TimeCnt清零前的值。t0Reg为t0时间寄存寄存器，当新的脉冲出现时，该寄存器寄存t1Reg的值。TpReg为Tp时间寄存寄存器，当CalFlag出现时，寄存TimeCnt的值。图中阴影部分不做考虑，分析CalFlag周期9和周期10。第9周期，位置给定为(a/(n+(n-m)))+3，第10周期位置给定为(c/(n+(n-m)))+3。

本申请发明人还需强调的是，如果达到预估出的下一次位置指令的接收时间，但实际下一次位置指令并未接收到，那么也不再继续控制，也就是停止计算给定量和电机控制，使电机处于停止状态。

值得一提的是，本实施方式中在预估出的下一次位置指令的接收时间到达前的多次控制是在伺服控制器每个计算周期进行的，也就是相邻两次控制的时间间隔相同，且时间间隔为一个计算周期，实际应用中，相邻两次控制的时间可以大于一个计算周期，如每两个计算周期进行一次控制，或每十个计算周期进行一次控制，在此不再一一列举。另外，相邻两次控制的时间间隔也可以不相同。

可见，本实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：使用传统方式计算位置给定时，在没有位置给定的情况下，电机将停止运行一直等待新的位置指令到来，才计算出新的位置给定值。这样，现有机器人运动控制时，在接收到位置指令时，控制电机运动预定的单位量，在低速运行的实际情况中，指令接收间隙较长，电机在未接收到下一指令时处于等待状态时间较长，造成运动的抖动明显。而本实施方式在下一指令未接收到时，分多次控制，多次控制所指定的运动量之和与由位置指令指定的单位运动量相关，也就是说，每次控制电机的运动量为预定的单位运动量的一部分，使得电机少量多次运动，直至预估的下一次位置指令接收时间，使得低速运动时，电机运动更为平滑连贯，尽量减少抖动。

本发明的第二实施方式涉及一种机器人的运动控制方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在下一次位置指令接收到前，多次对电机控制时的位置给定计算方式。在第一实施方式中，位置给定值根据时间占比实时计算，而在本发明第二实施方式中，位置给定值预先计算，每次直接采用预先计算出的值进行电机控制，使得无需每次进行计算，便于程序快速执行。

具体的说，本实施方式中的机器人的运动控制方法中，在预估出的下一次位置指令的接收时间到达前，每次控制电机运动中位置给定量的计算过程可以如图8所示，具体包括：

步骤8031，预设控制电机运动的次数分为500次。

具体的说，预设的次数可以根据实际需要设定，或根据预估出的下一次位置指令的接收时间设定，本实施方式中设置为500次，也可以设置为其他值，在此不做限定。

步骤8032，计算每次控制电机的运动量，为单位运动量除以500。

具体的说，由于发明人发现每次位置指令指定的位移量相同，所以，将该位移量均分得到子位移量，每次控制点击运动该子位移量，直至下一次位置指令接收。

需要说明的是，虽然预设在下一次位置指令接收前的电机控制次数，但如果控制次数未达到，已经接收到下一次位置指令，那也不再继续之后的控制，直接计算下一次位置指令指定的位置给定量。另外，如果预估出的下一次位置指令的接收时间已经到达，但并未接收到新的位置指令，那也需要停止对电机的控制，使电机处于待机状态，保证对电机的控制符合实际需要。

可见，本实施方式进一步限定运动控制的另一种方式，预先设定控制次数，以及计算出每次的运动量，在每次控制时，均以预先计算出的运动量进行控制，无需每次进行计算，便于程序快速执行。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第三实施方式涉及一种伺服控制器，如图9所示，包括：

至少一个处理器；以及，

与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如第一实施方式或第二实施方式中提到的机器人的运动控制方法。

其中，存储器和处理器采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器和存储器的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器处理的数据通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收数据并将数据传送给处理器。

处理器负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的数据。

本发明第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。

即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种机器人的运动控制方法，其特征在于，包括：

获取历史位置指令的接收时间；

根据所述历史位置指令的接收时间预估下一次位置指令的接收时间；

在预估出的所述下一次位置指令的接收时间到达前，分多次控制电机运动，多次控制所指定的运动量之和与由位置指令指定的单位运动量相关；

所述分多次控制电机运动，具体包括：

获取当前控制时间和上一次位置指令的接收时间的第一差值Tp；

所述上一次位置指令和所述预估出的下一次位置指令的接收时间之差记为第二差值t2；

根据所述Tp和所述t2计算出当次控制时指定的运动量；

其中，在所述t2范围内，获取多个所述Tp。

2.根据权利要求1所述的机器人的运动控制方法，其特征在于，所述分多次控制电机运动中，相邻两次控制的时间间隔相同。

3.根据权利要求2所述的机器人的运动控制方法，其特征在于，相邻两次控制的时间间隔为伺服控制器的N个计算周期，所述N为大于等于1的自然数。

4.根据权利要求3所述的机器人的运动控制方法，其特征在于，所述N为1。

5.根据权利要求1所述的机器人的运动控制方法，其特征在于，所述Tp或所述t2的值利用寄存器获得。

6.根据权利要求1所述的机器人的运动控制方法，其特征在于，所述历史位置指令具体包括：上一次位置指令和上上一次位置指令。

7.一种伺服控制器，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至6中任一所述的机器人的运动控制方法。

8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一所述的机器人的运动控制方法。

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