CN103454978B - 点胶、涂胶设备圆弧过渡轨迹速度规划方法 - Google Patents
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Abstract
一种点胶、涂胶设备圆弧过渡轨迹速度规划方法，将运动轨迹细分为多个微线段，运动轨迹中包含至少一个圆弧轨迹；获得各微线段的理论运动速度V0；同时，考虑圆弧轨迹上向心力对出胶量的影响，设定允许向心加速度Racc，计算出圆弧轨迹上各微线段的圆弧过渡速度V2；在圆弧过渡速度V2和理论运动速度V0中取较小值作为基准，来规划各微线段的最终矢量速度，以实现整个圆弧轨迹以及圆弧轨迹起始点之前、圆弧轨迹结束点之后附近轨迹的速度规划。本方案通过对轨迹速度的精确规划，最大程度的保证涂胶过程中胶水受到的作用力的一致性，从而确保在高速涂胶的工作场合，既能保证运动平稳无冲击，同时保证出胶量均匀，涂布效果一致。
Description
技术领域
本发明涉及点胶、涂胶工艺，具体涉及一种高速点胶、涂胶工艺中速度规划方法。
背景技术
速度规划属于支撑智能装备的九大关键智能基础共性技术之一的“先进控制与优化技术”领域，通过合理的速度规划可以减少机床加工不合格产品的产生，可以有效的“提升生产效率、技术水平和产品质量，降低能源资源消耗，实现制造过程的智能化和绿色化发展”（引自《智能制造装备产业“十二五”发展路线图》中对对机床提出的技术发展路线）。
目前主流的点胶系统都是采用速度前瞻来实现对点胶轨迹的速度规划，以期望保证运动平稳、无冲击、在整个运动轨迹上无堆胶，在现有的速度规划方案中尤其注重对拐点处的处理，如图1，点胶ABC一段轨迹时，系统控制胶头从A点开始涂胶，首先按照设定的运动参数从起跳速度加速到Vmax。由于B点为拐点（相邻两段轨迹形成夹角），如果不降速度通过B点，由于胶头机构自身的惯性原因会在B点发生冲击并形成堆胶。因此需要在B点处将速度降至机械结构所能承受的拐弯速度Vlimit，当平滑的通过B点后再升速到Vmax。在现有技术方案下，由于圆弧过渡时不存在冲击，对于圆弧过渡一般不做特殊处理，但是经过发明人总结发现，这样会造成圆弧过渡处出胶量较少，影响整体质量。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种点胶、涂胶设备圆弧过渡轨迹速度规划方法，该方法考虑到了胶阀在圆弧运动中受到向心力的作用，解决了运动轨迹中有平滑的圆弧过渡时抵消胶出胶压力，使得圆弧轨迹上出较量会变少的技术问题。由于设备的性能提高目前设备的运行速度大幅提高，使得这一问题更加突出。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种点胶、涂胶设备圆弧过渡轨迹速度规划方法，
包括考虑圆弧轨迹上向心力的步骤。
更进一步的是：
将运动轨迹细分为多个微线段，运动轨迹中包含至少一个圆弧轨迹；
获得各微线段的理论运动速度V0；同时，考虑圆弧轨迹上向心力对出胶量的影响，设定允许向心加速度Racc，计算出圆弧轨迹上各微线段的圆弧过渡速度V2；
在圆弧过渡速度V2和理论运动速度V0中取较小值作为基准，来规划各微线段的最终矢量速度，以实现整个圆弧轨迹以及圆弧轨迹起始点之前、圆弧轨迹结束点之后附近轨迹的速度规划。
作为优选，上述技术方案包括如下具体步骤：
步骤1：将运动矢量轨迹按等长L拆分成微线段，并设定同一微线段上速度为定值；
步骤2：计算各微线段的曲率半径，根据计算结果确定每一个圆弧轨迹的起始点和结束点；
步骤3：获得第一圆弧轨迹、以及第一圆弧轨迹起始点之前、结束点之后的各微线段的输出速度Vt；
步骤3-1：获得原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0；
步骤3-2：根据圆弧轨迹的各个微线段的曲率半径以及设定的允许向心加速度Racc来计算圆弧轨迹上每个微线段的圆弧过渡速度V2；
步骤3-3：将步骤3-1和步骤3-2中得到的每个微线段的理论运动速度V0、圆弧过渡速度V2的大小，并进行分流处理；
当V2>V0时，停止对该圆弧过渡轨迹的速度规划；
将V2<V0时，将V2设置为当前微线段的输出速度Vt；
步骤3-4：从圆弧轨迹的起始点开始，以圆弧轨迹上微线段的输出速度为低速度，采用设定的加速度a，逆向计算圆弧轨迹的起始点之前的一段轨迹的各个微线段的输出速度Vt，直到计算到大于或等于原规划方案下微线段的理论运动速度V0停止，并将停止时微线段的输出速度Vt设定为其原规划方案下的理论运动速度V0；从圆弧轨迹的结束点开始，以圆弧轨迹上微线段的输出速度为低速度，采用设定的加速度a，计算圆弧轨迹的结束点之后的一段轨迹的各个微线段的输出速度Vt，直到计算到大于或等于原规划方案下微线段的理论运动速度V0停止，并将停止时微线段的输出速度Vt设定为其原规划方案下的理论运动速度V0；从而获得第一个圆弧轨迹、以及第一个圆弧轨迹起始点之前、结束点之后的各轨迹的微线段的输出速度Vt；
步骤4，如果运动矢量轨迹含有超过一个圆弧轨迹，
判断各圆弧轨迹是否相接，如果不相接，按照步骤3所述方法设置在后圆弧轨迹、以及在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，对于在后圆弧轨迹开始点之前各微线段速度按照步骤3-4计算时，将在前圆弧过渡轨迹速度规划所得到的各微线段的输出速度视为原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0；
如果相接，按照如下步骤计算：
判断两相接触圆弧的曲率半径的大小，如果在前圆弧同在后圆弧曲率半径大小相同，按照步骤3所述方法设置在前和在后圆弧轨迹、在前圆弧轨迹开始点之前、在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度；
如果在前圆弧的曲率半径小于在后圆弧的曲率半径，按照步骤3所述方法设置在前和在后圆弧轨迹、在前圆弧轨迹开始点之前、在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，然后在按照步骤3-4设置在前圆弧轨迹结束之后的各微线段的输出速度时将在后圆弧轨迹以及在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度视原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0；
如果在前圆弧的曲率半径大于在后圆弧的曲率半径，按照步骤3所述方法设置在前和在后圆弧轨迹、在前圆弧轨迹开始点之前、在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，然后在按照步骤3-4设置在后圆弧轨迹开始之前的各微线段的输出速度时将在前圆弧轨迹以及在前圆弧轨迹开始点之前的各微线段的输出速度视原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0；
作为优选，
所述的步骤3-4采用如下步骤计算圆弧轨迹的起始点之前、结束点之后的一段轨迹的各个微线段的输出速度Vt：以圆弧轨迹上微线段的输出速度为低速度Vs，根据公式计算出在L距离内，能达到的速度Vt，并将计算出的速度设置为第二段微线段的输出速度Vt，再以第二段微线段的运行速度Vt作为初始速度Vs计算第三段微线段的输出速度Vt，以此类推一直计算到结束点。
作为优选，所述的步骤3-2中圆弧过渡速度V2的计算公式为，其中Racc为允许向心加速度，R为微线段曲率半径。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本方案通过对轨迹速度的精确规划，最大程度的保证涂胶过程中胶水受到的作用力的一致性，从而确保在高速涂胶的工作场合，既能保证运动平稳无冲击，同时保证出胶量均匀，涂布效果一致。
附图说明
图1为现有技术中速度前瞻实现对点胶轨迹的速度规划的方法；
图2为含有圆弧过渡轨迹的运动轨迹图；
图3为本发明计算曲率半径时的示意图；
图4为实施例1的速度规划示意图。
图5为图4中圆圈部分放大图；
图6为两曲率半径相等圆弧轨迹相接时速度规划示意图；
图7为两曲率半径不相等的圆弧轨迹相接时速度规划示意图一；
图8为两曲率半径不相等的圆弧轨迹相接时速度规划示意图二。
具体实施方式
为了便于理解本发明，将本发明中所涉及的到部分名词作如下解释：
本发明所述之圆弧过渡轨迹包括圆弧轨迹本身以及圆弧轨迹起始点之前和圆弧轨迹结束点之后附近的轨迹。
本发明所述之微线段是指将一段任意直线或者曲线或者直线与曲线的结合拆分成若干小直线段，拆分后的小直线段称为微线段，比如将一个整圆拆分成360段小直线，则每段小直线都称为微线段。
本发明所述之理论运动速度是通过现有技术的原速度规划方案获得的轨迹上各个微线段的速度。
现有的技术方案中，为实现整个轨迹上保证运动平稳、无冲击、在整个运动轨迹上无堆胶，目前主流的点胶系统都是采用速度前瞻来实现对点胶轨迹的速度规划，以期望在现有的速度规划方案中尤其注重对拐点处的处理，在进行速度规划时一般需要根据点胶机具体情况和加工需要设定如下内容：低速度Vmin、高速Vmax（轨迹运动中允许的最大矢量速度）、直线加速度a、允许拐弯加速度a2。其中低速度Vmin、高速Vmax（轨迹运动中允许的最大矢量速度）、直线加速度a的设定是取决于设备能力、加工工艺要求、胶水选择，由用户或设计人员根据情况具体确定。由于设备执行机构在运动过程中惯性的作用，当X、Y、Z中任意一轴发生换向时，此时机械部分存在一个速度临界点即允许拐弯速度Vlimit，如果执行机构通过临界点的速度高于则会发生冲击现象。允许拐弯加速度a2，就是用于计算该临界速度。在背景技术中已图1所示的轨迹ABC为例，对现有技术进行了简要说明。
本发明对于平滑过渡圆弧轨迹，引进允许向心加速度的目的是为了对圆弧轨迹进行速度调整，以保证出胶量均匀。
以下结合实施例，具体进行说明：
实施例1：本实施例中仅含有一个圆弧过渡轨迹存在。整个轨迹是ABCD，如图2所示。
步骤1：有运动矢量轨迹ABCD，其中AB段、CD段为直线，BC段为圆弧，且A为轨迹起始点，D为轨迹终止点。将运动矢量轨迹ABCD按等长L拆分成微线段，并设定同一微线段上速度为定值。
步骤2：计算各微线段的曲率半径，根据计算结果确定圆弧轨迹的起始点和结束点；计算各微线段的曲率半径、曲率半径的计算方法为：采用平面任意不共线3点必然共圆的原理计算曲率半径。
如图3，我们取运动轨迹ABCD平面任意不共线3点a、b、c，只要计算出a、b、c所在圆的圆心O点坐标便可计算出a、b、c所构成的圆的半径。设a、b、c三点坐标分别为a(x1，y1)、b(x2，y2)、c(x3，y3)，直线EO为ab段的中垂线，FO为bc段的中垂线。则可计算出直线EO以及FO所在的直线方程：
EO：Y=（x2-x1）/(y1-y2)*(X-x2/2–x1/2)+y2/2+y1/2
FO：Y=（x3-x2）/(y2-y3)*(X–x3/2–x2/2)+y3/2+y2/2
计算两条直线的交点，即为圆心坐标O(x0，y0)。
再计算a点到O点的距离，即为abc所在圆的半径
通过各个微线段的曲率半径和微线段起始点终止点的坐标情况可以确定圆弧轨迹的起始点和结束点
步骤3：获得圆弧轨迹、以及弧轨迹起始点之前、结束点之后的各微线段的输出速度Vt；
步骤3-1：在现有技术中一般会根据用户设定的低速度Vmin、轨迹运动中允许的最大矢量速度Vmax、机械部分限定的允许拐弯速度Vlimit、加速度a来计算整个轨迹（也包括圆弧过渡轨迹在内）的各微线段的理论运动速度V0，得到如图4中所示的理论速度规划曲线（细实线部分）。具体的，将第一段微线段的运行速度Vmin设置为Vs，然后根据速度公式（式中，L为拆分后的微线段长度）计算出在L距离内，能达到的速度V0，并将计算出的速度V0设置为第二段微线段的运行速度V0，再以第二段微线段的运行速度V0作为初始速度Vs计算第三段微线段的运行速度V0，以此类推。理论运动速度V0必须小于或等于轨迹运动中允许的最大矢量速度Vmax，在过渡处会考虑机械结构所能承受的最大速度。D点为轨迹终点，需要降速至Vmin，采用逆向计算各微线段速度，从而规划出整段运动轨迹的速度曲线(如图4中细实线)。
在现有技术下各微线段的速度一般是存储在设备处理器中。因此可以方便的获得原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0，用于后续设置。
步骤3-2：根据BC段的各微线段的曲率半径以及设定的允许向心加速度Racc来计算BC段每个微线段的圆弧过渡速度V2；圆弧过渡速度V2的计算公式为，其中Racc为允许向心加速度，R为微线段曲率半径。
步骤3-3：比较步骤3-1和步骤3-2中得到的每个微线段的理论运动速度V0、圆弧过渡速度V2的大小，并进行分流处理；
当V2>V0时，停止对该圆弧过渡轨迹的速度规划；
将V2<V0时，将V2设置为当前微线段的输出速度Vt；
本实施例中V2<VO，因此BC段轨迹上微线段的输出速度Vt为V2
步骤3-4：从圆弧轨迹的起始点开始即B点，以输出速度即Vt为低速度，采用设定的加速度a，逆向计算圆弧轨迹的起始点B之前的一段轨迹的各个微线段的输出速度Vt，直到计算到大于或等于原规划方案下微线段的理论运动速度V0停止，并将停止时微线段的输出速度Vt设定为其原规划方案下的理论运动速度V0；从圆弧轨迹的结束点即C点开始，以输出速度即Vt为低速度，采用设定的加速度a，计算圆弧轨迹的结束点C点之后的一段轨迹的各个微线段的输出速度Vt，直到计算到大于或等于原规划方案下微线段的理论运动速度V0停止，并将停止时微线段的输出速度Vt设定为其原规划方案下的理论运动速度V0；
具体的计算过程如下：
计算圆弧轨迹的起始点之前、结束点之后的一段轨迹的各个微线段的输出速度Vt，以微线段的输出速度为低速度Vs，根据公式计算出在L距离内，能达到的速度Vt，并将计算出的速度设置为第二段微线段的输出速度Vt，再以第二段微线段的运行速度Vt作为初始速度Vs计算第三段微线段的输出速度Vt，以此类推一直计算到结束点。
其计算过程如图5所示，图5是图4圆圈部分的放大图，用以说明计算的结束点。其中粗实线为本发明所涉及的计算圆弧结束点之后的各个微线段输出速度，细实线为原有速度规划下各个微线段的速度，确定计算结束点时，如果就某一微线段计算出来的输出速度Vt大于或等于V0时即停止计算（该实施例中为“大于”），该微线段速度设为原速度规划下的速度。
从而获得第一个圆弧轨迹、以及第一个圆弧轨迹起始点之前、结束点之后的各轨迹的微线段的输出速度Vt；
实施例2
本实施例包括二个的圆弧过渡轨迹，重点说明多个圆弧轨迹时的处理方法，其他步骤不在重复说明。
判断各圆弧轨迹是否相接，如果不相接，按照步骤3所述方法设置在后圆弧轨迹、以及在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，对于在后圆弧轨迹开始点之前各微线段速度按照步骤3-4计算时，将在前圆弧过渡速度规划所得到的各微线段的速度视为原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0；
如果相接，按照如下步骤计算：
判断两相接触圆弧的曲率半径的大小，如果在前圆弧同在后圆弧曲率半径大小相同，如图6所示（其中实线部分为在前圆弧过渡轨迹的速度规划，虚线部分在后圆弧过渡轨迹的速度规划，对图7、图8也是如此）按照步骤3所述方法设置在前和在后圆弧轨迹、在前圆弧轨迹开始点之前、在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，在前圆弧轨迹结束点之后、在后圆弧轨迹开始点之前的各微线段的输出速度不设置；
如果在前圆弧的曲率半径小于在后圆弧的曲率半径，如图7按照步骤3所述方法设置在前和在后圆弧轨迹、在前圆弧轨迹开始点之前、在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，然后在按照步骤3-4设置在前圆弧轨迹结束之后的各微线段的输出速度时将在后圆弧轨迹以及在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度视原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0，在后圆弧轨迹开始点之前的各微线段的输出速度不设置；
如果在前圆弧的曲率半径大于在后圆弧的曲率半径，如图8按照步骤3所述方法设置在前和在后圆弧轨迹、在前圆弧轨迹开始点之前、在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，然后在按照步骤3-4设置在后圆弧轨迹开始之前的各微线段的输出速度时将在前圆弧轨迹以及在前圆弧轨迹开始点之前的各微线段的输出速度视原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0，在前圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度不设置；
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (4)
1.一种点胶、涂胶设备圆弧过渡轨迹速度规划方法，其特征在于：包括考虑圆弧轨迹上向心力的步骤；
具体包括如下具体步骤：
步骤1：将运动矢量轨迹按等长L拆分成微线段，并设定同一微线段上速度为定值；
步骤2：计算各微线段的曲率半径，判断各微线段是否为拐点，即根据计算结果确定每一个圆弧轨迹的起始点和结束点；
步骤3：获得第一圆弧轨迹、以及第一圆弧轨迹起始点之前、结束点之后的各微线段的输出速度Vt；
步骤3-1：获得原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0
步骤3-2：根据圆弧轨迹的各个微线段的曲率半径以及设定的允许向心加速度Racc来计算圆弧轨迹上每个微线段的圆弧过渡速度V2；
步骤3-3：比较步骤3-1和步骤3-2中得到的圆弧轨迹上每个微线段的理论运动速度V0、圆弧过渡速度V2的大小，并进行分流处理；
当V2>V0时，停止对该圆弧过渡轨迹的速度规划；
将V2<V0时,将V2设置为当前微线段的输出速度Vt；
步骤3-4：从圆弧轨迹的起始点开始，以圆弧轨迹上微线段的输出速度为低速度，采用设定的加速度a，逆向计算圆弧轨迹的起始点之前的一段轨迹的各个微线段的输出速度Vt，直到计算到大于或等于原规划方案下微线段的理论运动速度V0停止，并将停止时微线段的输出速度Vt设定为其原规划方案下的理论运动速度V0；从圆弧轨迹的结束点开始，以圆弧轨迹上微线段的输出速度为低速度，采用设定的加速度a，计算圆弧轨迹的结束点之后的一段轨迹的各个微线段的输出速度Vt，直到计算到大于或等于原规划方案下微线段的理论运动速度V0停止，并将停止时微线段的输出速度Vt设定为其原规划方案下的理论运动速度V0；从而获得第一个圆弧轨迹、以及第一个圆弧轨迹起始点之前、结束点之后的各轨迹的微线段的输出速度Vt；
步骤4,如果运动矢量轨迹含有超过一个圆弧轨迹，
判断各圆弧轨迹是否相接，如果不相接，按照步骤3所述方法设置在后圆弧轨迹、以及在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，对于在后圆弧轨迹开始点之前各微线段速度按照步骤3-4计算时，将在前圆弧过渡轨迹速度规划所得到的各微线段的输出速度视为原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0；
如果相接，按照如下步骤计算：
判断两相接触圆弧的曲率半径的大小，如果在前圆弧同在后圆弧曲率半径大小相同，按照步骤3所述方法设置在前和在后圆弧轨迹、在前圆弧轨迹开始点之前、在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度；
如果在前圆弧的曲率半径小于在后圆弧的曲率半径，按照步骤3所述方法设置在前和在后圆弧轨迹、在前圆弧轨迹开始点之前、在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，然后在按照步骤3-4设置在前圆弧轨迹结束之后的各微线段的输出速度时将在后圆弧轨迹以及在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度视原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0；
如果在前圆弧的曲率半径大于在后圆弧的曲率半径，按照步骤3所述方法设置在前和在后圆弧轨迹、在前圆弧轨迹开始点之前、在后圆弧轨迹结束点之后的各微线段的输出速度，然后在按照步骤3-4设置在后圆弧轨迹开始之前的各微线段的输出速度时将在前圆弧轨迹以及在前圆弧轨迹开始点之前的各微线段的输出速度视原速度规划下各个微线段的理论运动速度V0。
2.根据权利要求1所述的点胶、涂胶设备圆弧过渡轨迹速度规划方法，其特征在于包含如下内容：
将运动轨迹细分为多个微线段，运动轨迹中包含至少一个圆弧轨迹；
获得各微线段的理论运动速度V0；同时，考虑圆弧轨迹上向心力对出胶量的影响，设定允许向心加速度Racc，计算出圆弧轨迹上各微线段的圆弧过渡速度V2；在圆弧过渡速度V2和理论运动速度V0中取较小值作为基准，来规划各微线段的最终矢量速度，以实现整个圆弧轨迹以及圆弧轨迹起始点之前、圆弧轨迹结束点之后附近轨迹的速度规划。
3.根据权利要求1所述的点胶、涂胶设备圆弧过渡轨迹速度规划方法，其特征在于：所述的步骤3-4采用如下步骤计算圆弧轨迹的起始点之前、结束点之后的一段轨迹的各个微线段的输出速度Vt：以圆弧轨迹上微线段的输出速度为低速度Vs，根据公式计算出在L距离内，能达到的速度Vt，并将计算出的速度设置为第二段微线段的输出速度Vt，再以第二段微线段的运行速度Vt作为初始速度Vs计算第三段微线段的输出速度Vt，以此类推一直计算到结束点。
4.根据权利要求1所述的点胶、涂胶设备圆弧过渡轨迹速度规划方法，其特征在于：所述的步骤3-2中圆弧过渡速度V2的计算公式为，其中Racc为允许向心加速度，R为微线段曲率半径。
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