一种多轴机械手启动时间规划方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明实施例涉及机械手领域，尤其涉及一种多轴机械手启动时间规划方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.多轴机械手被广泛应用于工业自动化领域；一般地，机械手多轴共母线电压，当使用较多机械手时，母线电压耗费过多会增加成本。
3.传统伺服电机驱动机械手在进行多轴运动时，当存在伺服电机减速制动时，回流至母线的电能大部分通过制动电阻以热能的形式消耗，现有技术中并未考虑将伺服电机在制动时能量回流再利用，因此对部分能量进行回收再处理，提升能量综合利用率成为当下机械手节能较为重要的技术课题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种多轴机械手启动时间规划方法，考虑机械手启动过程中减速制动能量的回收部分，通过规划各轴电机的启动时间以达到节省能量最优的效果。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种多轴机械手启动时间规划方法，该方法包括：
6.根据机械手目标位置坐标及机械手起点位置坐标确定机械手各轴运动参数；
7.设置机械手各轴启动时间策略；其中，所述各轴启动时间策略为任意一轴启动时刻为0；其余各轴启动时刻为前一轴运动结束时刻前任一时刻点；其余各轴启动时间依次排布；
8.根据所述各轴运动参数及所述各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量；
9.根据所述不同启动时刻下的节省能量确定各轴最优启动时间。
10.可选的，所述机械手各轴运动参数包括机械手多轴质量参数、机械手多轴路程参数、机械手多轴加速度参数及机械手多轴最大速度参数。
11.可选的，还包括：
12.根据所述各轴启动时间策略及所述机械手各轴运动参数确定各轴不同启动时刻下的空间轨迹坐标；
13.根据所述不同启动时刻下的节省能量确定各轴最优启动时间，包括：
14.根据所述不同启动时刻下的节省能量及所述不同启动时刻下的空间轨迹坐标确定各轴最优启动时间。
15.可选的，根据所述各轴运动参数及所述各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量，包括：
16.根据所述各轴运动参数确定当前时刻下各轴处于加速状态还是减速状态；
17.根据各轴加速状态及所述各轴启动时间策略确定当前时刻下的电能损耗功率；
18.根据各轴减速状态及所述各轴启动时间策略确定当前时刻下的电能制动回收功
率；
19.根据当前时刻下的电能损耗功率、当前时刻下的电能制动回收功率及各轴运动结束时长确定不同启动时刻下的节省能量。
20.可选的，根据所述不同启动时刻下的节省能量确定各轴最优启动时间，包括：
21.将不同启动时刻下的节省能量按大小排布，
22.确定节省能量最高时对应的启动时刻为各轴最优启动时间。
23.可选的，根据所述不同启动时刻下的节省能量及所述不同启动时刻下的空间轨迹坐标确定各轴最优启动时间，包括：
24.当当前启动时刻下的节省能量最高，所述当前启动时刻下的空间轨迹坐标不属于预设限制空间轨迹坐标时，确定当前启动时刻为各轴最优启动时间。
25.第二方面，本发明实施例还提供了一种多轴机械手启动时间规划装置，该装置包括：
26.参数确定模块，用于根据机械手目标位置坐标及机械手起点位置坐标确定机械手各轴运动参数；
27.启动时间设置模块，用于设置机械手各轴启动时间策略；其中，所述各轴启动时间策略为任意一轴启动时刻为0；其余各轴启动时刻为前一轴运动结束时刻前任一时刻点；其余各轴启动时间依次排布；
28.节省能量确定模块，用于根据所述机械手各轴运动参数及所述各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量；
29.最优启动时间确定模块，用于根据所述不同启动时刻下的节省能量确定各轴最优启动时间。
30.第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
31.至少一个处理器；以及
32.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
33.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序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第一方面所述的一种多轴机械手启动时间规划方法。
34.第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现第一方面所述的一种多轴机械手启动时间规划方法。
35.本发明实施例，通过根据机械手目标位置坐标及机械手起点位置坐标确定机械手各轴运动参数；并设置机械手各轴启动时间策略；其中，所述各轴启动时间策略为任意一轴启动时刻为0；其余各轴启动时刻为前一轴运动结束时刻前任一时刻点；其余各轴启动时间依次排布；根据所述各轴运动参数及所述各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量；然后根据所述不同启动时刻下的节省能量确定各轴最优启动时间，如此通过规划各轴启动时间达到节省能量最优的效果。
附图说明
36.图1是本发明实施例提供的一种多轴机械手启动时间规划方法的流程图；
37.图2是本发明实施例提供的另一种多轴机械手启动时间规划方法的流程图；
38.图3是本发明实施例提供的一种速度/位移-时间曲线1示意图；
39.图4是本发明实施例提供的一种速度/位移-时间曲线2示意图；
40.图5是本发明实施例提供的机械手各轴启动时间策略的结构示意图；
41.图6是本发明实施例提供的一种多轴机械手启动时间规划装置的结构示意图；
42.图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
44.图1是本发明实施例提供的一种多轴机械手启动时间规划方法的流程图，本实施例可适用于规划多轴机械手的启动时间情况，该方法可以由多轴机械手启动时间规划装置来执行，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
45.s110、根据机械手目标位置坐标及机械手起点位置坐标确定机械手各轴运动参数。
46.其中，机械手各轴运动参数为表征机械手各轴运动状态的重要参数；机械手各轴运动状态包括各轴运动初始状态到各轴运动结束状态之间的整个运动过程；整个运动过程可以包括加速-匀速-减速各运动阶段，也可以包括加速-减速各运动阶段；本实施例中对具体的运动过程的各运动阶段不作具体的限定。
47.s120、设置机械手各轴启动时间策略；其中，各轴启动时间策略为任意一轴启动时刻为0；其余各轴启动时刻为前一轴运动结束时刻前任一时刻点；其余各轴启动时间依次排布。
48.一般地，传统机械手中电机带动各轴运动时，各轴的运动阶段不会重合，即任意一轴的启动运动结束时刻为下一轴的启动运动开始时刻；电机在加速运动阶段为电能转化为动能的过程，该阶段为电能消耗的阶段；而电机在减速运动阶段(制动阶段)一部分动能会转化为电能，该阶段为电能回流的阶段，由于各轴的运动阶段不会重合，实际中为防止电压过高，电机制动过程中回流电能会通过制动电阻以热能的形式消耗。
49.本实施例中设置任意一轴启动时刻为0；其余各轴启动时刻为前一轴运动结束时刻前任一时刻点，各轴轮序先后启动，示例性的，当机械手包括三轴电机时，一轴启动时刻为0，二轴启动时刻为一轴运动结束时刻前任意时刻点，三轴启动时刻为二轴运动结束时刻前任意时刻点；这样可以保证任意两轴的运动阶段可以出现重合阶段，保证在某个电机运动减速阶段的同一时刻通过另外的电机加速阶段将回馈的能量消耗掉，可以达到节能的目的。
50.s130、根据各轴运动参数及各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量。
51.其中，各轴启动时刻为前一轴运动结束时刻前任一时刻点，前一轴运动结束时刻前任一时刻点包括若干个时刻点，这样多轴启动时间策略也包括多种形式的不同启动时刻，根据各轴运动参数及各轴启动时间策略可以确定多种形式下的各轴启动时刻的节省能量。
52.这里还需说明的是，节省能量为机械手各轴在整个运动过程中的节省电能之和；各轴在整个运动过程(某轴开始0时刻至所有轴结束时刻)中的节省电能之和与各轴整个运动过程(某轴开始0时刻至所有轴结束时刻)的消耗电能之和及各轴整个运动过程(某轴开始0时刻至所有轴结束时刻)的回流电能之和有关。
53.s140、根据不同启动时刻下的节省能量确定各轴最优启动时间。
54.其中，将不同启动时刻下的节省能量按大小排布，确定节省能量最高时对应的启动时刻为各轴最优启动时间。本实施例通过根据机械手目标位置坐标及机械手起点位置坐标确定机械手各轴运动参数；并设置机械手各轴启动时间策略；根据各轴运动参数及各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量；然后根据不同启动时刻下的节省能量确定各轴最优启动时间，如此通过规划各轴启动时间达到节省能量最优的效果。
55.在上述实施例的基础上，进一步优化，图2是本发明实施例提供的另一种多轴机械手启动时间规划方法的流程图，如图2所示，该方法包括：
56.s210、根据机械手目标位置坐标及机械手起点位置坐标确定机械手各轴运动参数。
57.其中，机械手各轴运动参数包括机械手多轴质量参数、机械手多轴路程参数、机械手多轴加速度参数及机械手多轴最大速度参数。由各轴质量参数、路程参数、多轴加速度参数及最大速度参数可以唯一确定多轴的运动状态；这里以三轴机械手为例，设定机械手三轴质量依次为m1、m2、m3、路程为s1、s2、s3；加速度为a1、a2、a3；最大速度为vmax1、vmax2、vmax3；比较各轴加速度参数及路程参数，这里以其中一轴为例，轴运动参数统一为：轴质量m、路程s；加速度a；最大速度vmax；若满足则确定该轴的速度/位移-时间曲线为速度/位移-时间曲线1，图3是本发明实施例提供的一种速度/位移-时间曲线1示意图，由图3所示，可确定出不同时间对应的速度表达式为：
[0058][0059]
若满足则确定该轴的速度/位移-时间曲线为速度/位移-时间曲线2，图4是本发明实施例提供的另一种速度/位移-时间曲线2示意图，由图4所示，可确定出不同时间对应的速度表达式为：
[0060][0061]
可以理解的是，对应其他两轴的运动状态也类似，这里不再重复列举相同的速度表达式。
[0062]
s220、设置机械手各轴启动时间策略；其中，各轴启动时间策略为任意一轴启动时刻为0；其余各轴启动时刻为前一轴运动结束时刻前任一时刻点；其余各轴启动时间依次排布。
[0063]
其中，图5是本发明实施例提供的机械手各轴启动时间策略的结构示意图，如图5所示，图5示意出第一轴的启动时刻为0(t
q1
)，第一轴运动结束时刻为t2,第二轴的启动时刻为t
q2
，第二轴运动结束时刻为t4；第三轴的启动时刻为t
q3
，第三轴运动结束时刻为tmax，即为所有轴运动结束的时刻为tmax；可以理解的是，第二轴的启动时刻t
q2
可以选取第一轴运动结束时刻为t2前任一时刻点(虚线示意出)；第三轴的启动时刻t
q3
可以选取第二轴运动结束时刻为t4前任一时刻点(虚线示意出)；这样第一轴的运动阶段与第二轴运动阶段有重合，第二轴的运动阶段与第三轴的运动阶段有重合。这样当当前时间为t时，第一轴若处于减速阶段，第二轴处于加速阶段时，第三轴处于未启动状态，第二轴加速阶段消耗的能量通过第一轴减速阶段回馈的能量补充，可以达到节能的目的。
[0064]
s230、根据各轴运动参数及各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量。
[0065]
其中，根据各轴运动参数及各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量包括根据各轴运动参数确定各轴加速状态及各轴减速状态；根据各轴加速状态及各轴启动时间策略确定当前时刻下的电能损耗功率；根据各轴减速状态及各轴启动时间策略确定当前时刻下的电能制动回收功率；根据当前时刻下的电能损耗功率、当前时刻下的电能制动回收功率及各轴运动结束时长确定不同启动时刻下的节省能量。这里以三轴机械手任一轴中为例，以速度/位移-时间曲线1为例，继续参照图3，首先1)根据轴运动参数确定加速状态为：
[0066]
v(t)＝a*t，
[0067]
根据轴运动参数确定匀速状态为：
[0068]
v(t)＝vmax,
[0069]
该状态下电机轴运动为匀速转动，此过程中主要为克服摩擦力做功，消耗电能相对较少，因此该匀速运动消耗的电能忽略不计；
[0070]
根据轴运动参数确定减速状态为：
[0071][0072]
2)按照加速阶段，电能按一定比例n1转化为动能,则加速阶段电能消耗功率为：
[0073][0074]
若结合当前时刻为t，某一轴启动时间tq，则该轴在当前时刻t时的电能消耗功率为：
[0075]
[0076]
3)按照减速阶段，电机制动时动能按一定比例n2转化为电能，则减速阶段电能制动回收功率为：
[0077][0078][0079]
若结合当前时刻为t，该轴启动时间tq，则该轴在当前时刻t时的电能制动回收功率为：
[0080][0081]
其他两轴在当前时刻t时的电能消耗功率也类似。4)依此可确定当前时刻t下三轴各自的电能消耗功率之和p
耗总
及三轴各自的电能制动回收功率之和p
回总
，若在当前时刻t，一轴或多轴电机电能制动回收的同时另一轴或多轴电机加速消耗电能，得到当前时刻t节省能量为；
[0082][0083]
并由各轴运动结束时长tmax确定不同启动时刻下的节省能量为：
[0084][0085]
比较排列得到节省能量值，确定节省能量值较高的为最佳各轴启动时间。
[0086]
在其他一些情况下，也可以将各轴重力势能考虑在内。
[0087]
s240、根据各轴启动时间策略及机械手各轴运动参数确定各轴不同启动时刻下的空间轨迹坐标。
[0088]
其中,以图3速度/位移-时间曲线1的运动状态为例，根据各轴启动时间策略及机械手各轴运动参数确定各轴不同启动时刻下的空间轨迹坐标p(x,y,z)为：
[0089]
[0090][0091]
s250、根据不同启动时刻下的节省能量及不同启动时刻下的空间轨迹坐标确定各轴最优启动时间。
[0092]
其中，当当前启动时刻下的节省能量最高，当前启动时刻下的空间轨迹坐标不属于预设限制空间轨迹坐标时，确定当前启动时刻为各轴最优启动时间。预设空间轨迹坐标范围可以理解为障碍物所在空间位置坐标范围。如此本实施例在上述实施例的基础上，将不同启动时刻下的空间轨迹坐标考虑最内，当空间轨迹坐标不属于预设限制空间轨迹坐标时，排除了障碍物所在空间位置坐标范围，这样本方案通过规划各轴启动时间达到节省能量最优、排除障碍物的双重效果。
[0093]
本发明实施例还提供了一种多轴机械手启动时间规划装置；该多轴机械手启动时间规划装置可执行本发明任意实施例所提供的一种多轴机械手启动时间规划方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。图6是本发明实施例提供的一种多轴机械手启动时间规划装置的结构示意图，如图6所示，该装置包括：
[0094]
参数确定模块10，用于根据机械手目标位置坐标及机械手起点位置坐标确定机械手各轴运动参数；
[0095]
启动时间设置模块20，用于设置机械手各轴启动时间策略；其中，各轴启动时间策略为任意一轴启动时刻为0；其余各轴启动时刻为前一轴运动结束时刻前任一时刻点；其余各轴启动时间依次排布；
[0096]
节省能量确定模块30，用于根据机械手各轴运动参数及各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量；
[0097]
最优启动时间确定模块40，用于根据不同启动时刻下的节省能量确定各轴最优启动时间。
[0098]
可选的，所述机械手各轴运动参数包括机械手多轴质量参数、机械手多轴路程参数、机械手多轴加速度参数及机械手多轴最大速度参数。
[0099]
可选的，还包括：
[0100]
空间轨迹坐标确定模块，用于根据所述各轴启动时间策略及所述机械手各轴运动参数确定各轴不同启动时刻下的空间轨迹坐标；
[0101]
最优启动时间确定模块40，还用于：
[0102]
根据所述不同启动时刻下的节省能量及所述不同启动时刻下的空间轨迹坐标确定各轴最优启动时间。
[0103]
可选的，节省能量确定模块30，包括：
[0104]
运动状态确定单元，用于根据所述各轴运动参数确定当前时刻下各轴处于加速状态还是减速状态；
[0105]
能量损耗总量确定单元，用于根据各轴加速状态及所述各轴启动时间策略确定当前时刻下的电能损耗功率；
[0106]
制动回收总能量确定单元，用于根据各轴减速状态及所述各轴启动时间策略确定当前时刻下的电能制动回收功率；
[0107]
节省能量确定单元，用于根据当前时刻下的电能损耗功率、当前时刻下的电能制动回收功率及各轴运动结束时长确定不同启动时刻下的节省能量。
[0108]
可选的，最优启动时间确定模块，具体用于：
[0109]
将不同启动时刻下的节省能量按大小排布，
[0110]
确定节省能量最高时对应的启动时刻为各轴最优启动时间。
[0111]
可选的，最优启动时间确定模块，还具体用于：
[0112]
当当前启动时刻下的节省能量最高，所述当前启动时刻下的空间轨迹坐标不属于预设限制空间轨迹坐标时，确定当前启动时刻为各轴最优启动时间。
[0113]
图7为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图7所示，该设备包括处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73；设备中处理器70的数量可以是一个或多个，图7中以一个处理器70为例；设备中的处理器70、存储器71、输入装置72和输出装置73可以通过总线或其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。
[0114]
存储器71作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的多轴机械手启动时间规划方法对应的程序指令/模块。处理器70通过运行存储在存储器71中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的多轴机械手启动时间规划方法。
[0115]
存储器71可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器71可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器71可进一步包括相对于处理器70远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
[0116]
输入装置72可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置73可包括显示屏等显示设备。
[0117]
本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种多轴机械手启动时间规划方法，该方法包括：
[0118]
根据机械手目标位置坐标及机械手起点位置坐标确定机械手各轴运动参数；
[0119]
设置机械手各轴启动时间策略；其中，所述各轴启动时间策略为任意一轴启动时刻为0；其余各轴启动时刻为前一轴运动结束时刻前任一时刻点；其余各轴启动时间依次排布；
[0120]
根据所述各轴运动参数及所述各轴启动时间策略确定不同启动时刻下的节省能量；
[0121]
根据所述不同启动时刻下的节省能量确定各轴最优启动时间。
[0122]
当然,本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明任意实施例所提供的多轴机械手启动时间规划方法中的相关操作。
[0123]
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的
部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(read-only memory,rom)、随机存取存储器(random access memory,ram)、闪存(flash)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0124]
值得注意的是，上述搜索装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0125]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。