由于机器人各关节运动有最小分辨率,机器人的实际运动是一系列逼近理论轨迹的“折线”。因此,为了保证轨迹“光滑”,中间的插补点要取得足够多。可采用定时插补和定距插补方法来实现该目标。
1)定时插补
从图6-6所示的轨迹控制过程可知,每插补出一个轨迹点的坐标值,就要转换成相应的关节角度值,并传递给位置伺服控制系统以实现这个位置,这个过程每隔一个时间间隔t s完成一次。为保证运动的平稳,ts不能太长。
由于关节机器人一般采用开链,刚度不高,插补时间间隔t s一般不超过25 ms(40 Hz),这样就产生了t s的上限值th。当然ts越小越好,但它受到计算量限制,即对于机器人的控制,计算机要在t s时间内完成一次插补运算和一次逆向运动学计算。对于目前的大多数机器人控制器,完成这样一次计算需几毫秒,这样产生了ts的下限值t l。当然,应当选择ts接近或等于下限值t l,这样可以同时保证较高的轨迹精度和平滑的运动过程。
以一个xOy平面里的直线轨迹为例说明定时插补的方法。设机器人需要的运动轨迹为直线,运动速度为v(mm/s),时间间隔为ts(ms),则每个ts间隔内机器人应走过的距离为
PiPi+1=vts (6-9)(www.daowen.com)
由式(6-9)可知,两个插补点之间的距离正比于要求的运动速度,只有插补点之间的距离足够小,才能满足一定的轨迹精度要求。
机器人控制系统易于实现定时插补,例如可采用定时中断方式,每隔ts中断一次进行一次插补,并计算一次逆向运动学,输出一次给定值。由于ts仅为几毫秒,机器人沿着要求轨迹的速度一般不会很高,目前大部分工业机器人采用定时插补方式。
2)定距插补
当要求以更高的精度实现运动轨迹时,可采用定距插补。由式(6-9)可知,v是要求的运动速度,它不能变化,如果要两插补点的距离PiP i+1恒为一个足够小的值以保证轨迹精度,ts就要变化。在此条件下,插补点距离不变,但ts要随着不同工作速度v的变化而进行调整。
定时插补和定距插补基本算法相同,只是前者固定ts,易于实现;后者保证轨迹插补精度,但ts要随之变化,实现起来相对困难。
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