直線加減速優(yōu)化算法在陶瓷施釉機械手中的應(yīng)用

摘 要：控制系統(tǒng)的位置精度和運行時間是衡量施釉機器手好壞的主要性能指標(biāo)，加減速模式特別是減速模式對其性能有著重要的影響。筆者針對在施釉機械手運動過程的最后減速段仍會出現(xiàn)低速運行的“尾巴”現(xiàn)象，提出了一種新的實時加減速優(yōu)化算法，并給出了試驗結(jié)果。結(jié)果表明，該算法可有效消除減速過程中的低速運行時間段，從而提高施釉機械手加工精度和效率。

關(guān)鍵詞：加減速；施釉機械手；實時

1 引 言

目前，我國衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品與國外的高檔陶瓷產(chǎn)品相比較，釉面質(zhì)量是最大的差距，如何提高釉面質(zhì)量，是產(chǎn)品躋身于高檔產(chǎn)品的重要措施。采用機械手施釉可使衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品施釉高效連續(xù)化，并為提高施釉質(zhì)量提供先進的控制手段[1]。

除了保證施釉機械手位置精度以外，定位時間也已成為衡量施釉機械手性能好壞的一個重要指標(biāo)。施釉機械手對位置誤差的精確控制是控制系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，直線減速模式是最常用的一種減速模式。傳統(tǒng)的直線加減速算法[2]有一定的局限性，即這種算法只能適應(yīng)于加工長度固定的情況，并沒有考慮加工長度是一個動態(tài)變化的情況，而機械手實際工作狀態(tài)往往又是在連續(xù)手動方式下進行，其機械手的進給量是一個動態(tài)變化的過程，因此，若按照上述算法，“尾巴”現(xiàn)象仍會在減速區(qū)出現(xiàn)。另外，由于伺服電機存在一個“死區(qū)”[3]，當(dāng)速度低于伺服電機的“死區(qū)”速度后，伺服電機將不再轉(zhuǎn)動，又將導(dǎo)致位置誤差。為了消除減速過程中出現(xiàn)的“尾巴”現(xiàn)象，提高位置精度，本文提出一種實時直線加減速算法，以傳統(tǒng)的直線加減速算法相比，此算法不僅可消除減速過程中出現(xiàn)的“尾巴”現(xiàn)象，而且能使系統(tǒng)性能得到明顯改善。

2實時直線加減速算法

2.1減速點的計算

插補系統(tǒng)是一個離散的采樣系統(tǒng)，所以計算減速點需要采用離散的方法來求取[3]。假設(shè)Vmin為伺服電機的“死區(qū)”速度，根據(jù)（1）、（2）式可得到減速段的時間系數(shù)n。

通過（2）式求解得出n值。在離散采樣系統(tǒng)中，n必須是一個整數(shù)，所以需要根據(jù)（3）式把n化成整數(shù)。

然后根據(jù)（1）、（2）、（3）、（4）式推出（5）式，算出減速點的距離[4] [5]。

2.2加速度的計算

假設(shè)ai為第i個插補周期加速度， Vt為第i個插補周期的速度，利用公式（6）、（7）可以實時求出在減速段每個插補周期的加速度值。

本算法的關(guān)鍵就在于抓住了減速區(qū)長度Sd是一個動態(tài)變化值，必須在每一個周期都重新計算加速度值，所以在減速區(qū)是一個變減速運動。

3 判斷條件的設(shè)置

根據(jù)實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過計算減速點和加速度，還不能完全解決直線加減速的“尾巴”現(xiàn)象。所以在減速階段設(shè)置一個判斷條件：當(dāng)剩下的距離小于或等于某個定值時，就在一個周期內(nèi)勻速走完剩下的距離。

4 實時直線加減速算法的實現(xiàn)

4.1程序框圖

圖1給出了實時直線加減速算法的程序框圖。其中△L為剩下的距離，S0為一個周期走完的標(biāo)準距離， V是當(dāng)前速度，Vcmd是目標(biāo)速度，S1是以初速度為零、給定的加速度勻加速至Vcmd的時間內(nèi)所運動的距離。

4.2仿真與實驗結(jié)果

為了檢驗所提出算法的有效性，由上海交通大學(xué)機器人研究所提供開發(fā)平臺上進行實驗。系統(tǒng)的硬件平臺由ARM公司的PXA270作為中央控制器和基于DSP6713的插補運動控制器等幾部分組成。在手輪方式下，采用兩種不同算法進行對比實驗，實驗結(jié)果如表1所示。實驗所采用的參數(shù)如下：勻速時的速度Vp＝120mm/s，最大加速度a=1500mm/s，

5 結(jié)束語

本文采用了一種實時直線加減速算法，提出了減速點計算和實時加速度計算的方法，在減速最后階段以一個周期插補完為條件，實現(xiàn)精確定位，同時減少了定位時間。該算法消除了在任何模式下速段的“尾巴”現(xiàn)象。目前，上述理論方法開發(fā)的施釉機械手已經(jīng)成功應(yīng)用于廣東西玉陶瓷有限公司施釉生產(chǎn)線上，經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)實踐表明：該機械手施釉軌跡重復(fù)性好，容易保證釉層厚度均勻，釉面質(zhì)量穩(wěn)定，大大降低了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻

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