CN106802627A - 连续微小线段前瞻控制插补算法 - Google Patents

Abstract

本发明为连续微小线段前瞻控制插补算法，步骤为：求取第 1 段微小线段的实际插补距离s1；计算前一段微小线段的实际插补距离si‑2；根据前瞻优化分析的速度可达性判断，分析第i‑2段线段两端，Pi‑2和Pi‑1处相应的转接速度间的速度可达性；判定速度分割点：此时如果αi‑3<αi‑2，且αi‑2=αi‑1，则需要计算下一个点的转接角进行分析；如果αi‑2<αi‑3，Pi‑2不是速度分割点；若速度分割点没找到，重复 2‑4 步；若速度分割点找到，前瞻结束，下一次前瞻时，以上一速度分割点为起点进行前瞻速度规划。本发明使得加工速度变化平稳，大大提高了加工效率。

Description

连续微小线段前瞻控制插补算法

技术领域

本发明涉及智能控制技术,具体的其展示用于机器人、高精度数控机床的一种连续微小线段前瞻控制插补算法。

背景技术

高档数控系统是我国制造业向高端制造业转型的关键技术装备之一，多年来国家投入巨资积极扶植企业进行研究开发，并已在普及型及经济型等中低档数控系统领域取得了明显成效，但在高档数控系统领域，仍为少数国外厂家所垄断，其核心插补技术，丰富的功能，系统应对复杂加工要求及条件下的可靠性，目前仍非国产系统可比。

其中高档数控系统的核心插补技术对加工精度、加工效率和表面质量起着关键的作用，尤其是在复杂曲面多轴加工领域，如叶轮，齿轮，曲轴，模具加工等，这些产品所需要加工的轨迹会产生大量微小线段；

这些微小直线段带来的不光滑连接的位置转折，速度波动，加速度突变，及大量的代码处理，对加工精度，表面质量，平稳性及加工效率都带来了很大的影响。

因此，有必要提供一种用于机器人、高精度数控机床的一种连续微小线段前瞻控制插补算法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供用于机器人、高精度数控机床的一种连续微小线段前瞻控制插补算法，其在增加运动学正解与反解算法后，应用于机器人，使机器人系统运动能避免位置，速度，加速度的突变，运动平滑，平稳，有助于提高机器人的工作效率，减小实际操作过程中的误差，振动与冲击，有效提高机器人的工作精度及运动平稳性，且通过降低了冲击，振动带来的机械磨损，也提高了机器人、数控系统的运行稳定性和可靠性。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：

一种连续微小线段前瞻控制插补算法，包括如下步骤：

1）顺序读取前两段段微小线段的三个端点P1 ，P2 和P3 ，令线段起始速度v1=0，由于线段开始处无转接角，α1 =0，P1 点局部转接距离Δl1 =0；用余弦公式计算P2处的转接角α2，根据角平分线转接算法的计算公式求解P2 处的理论最大进给速度v2 ，计算P2 处的局部转接距离Δl2 ；计算P1到P2 距离L1 和P2 到P3 的距离L2 ，接着最大转接速度的求解中的实际插补距离公式计算第 1 段微小线段的实际插补距离s1 ，s1=L1-Δl1-Δl2；

2）读取线段下一点Pi的坐标值，计算Pi-1处的转接角αi-1 ，求解Pi-1 处的理论最大进给速度vi-1 ，计算Pi-1处的局部转接距离Δli-1，接着计算前一段微小线段的实际插补距离si-2 ，si-2=Li-2-Δli-1-Δli-2；

3）根据前瞻优化分析的速度可达性判断，分析第i-2段线段两端，Pi-2和Pi-1处相应的转接速度vi-2 和vi-1之间的速度可达性，如果速度可达性不满足，若vi-2 < vi-1，调整vi-1 ；否则调整vi-2 ，并进行回溯处理，反向判断速度可达性，保存值i，令 i=i-1，重复第3步进行速度可达性判断和速度调整，直到满足速度可达性要求为止；

4）转接角αi-2与前后的转接角αi-3，αi-1比较，如果αi-3<αi-2且αi-2>αi-1，说明点Pi-2处的转接角局部最大，Pi-2为速度分割点：此时如果αi-3<αi-2，且αi-2=αi-1，则需要计算下一个点的转接角进行分析；如果αi-2<αi-3，Pi-2不是速度分割点；

5） 若速度分割点没找到，重复 2-4 步；若速度分割点找到，前瞻结束，下一次前瞻时，以上一速度分割点为起点进行前瞻速度规划。

与现有技术相比，本发明的连续微小线段前瞻控制插补算法，其在增加运动学正解与反解算法后，应用于机器人，使机器人系统运动能避免位置，速度，加速度的突变，运动平滑，平稳，有助于提高机器人的工作效率，减小实际操作过程中的误差，振动与冲击，有效提高机器人的工作精度及运动平稳性，且通过降低了冲击，振动带来的机械磨损，也提高了机器人、数控系统的运行稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的实施例的流程图。

具体实施方式

实施例：

请参阅图1，本实施例展示一种连续微小线段前瞻控制插补算法：

包括如下步骤：

1）顺序读取前两段段微小线段的三个端点P1 ，P2 和P3 ，令线段起始速度v1=0，由于线段开始处无转接角，α1 =0，P1 点局部转接距离Δl1 =0；用余弦公式计算P2处的转接角α2，根据角平分线转接算法的计算公式求解P2 处的理论最大进给速度v2 ，计算P2 处的局部转接距离Δl2 ；计算P1到P2 距离L1 和P2 到P3 的距离L2 ，接着最大转接速度的求解中的实际插补距离公式计算第 1 段微小线段的实际插补距离s1 ，s1=L1-Δl1-Δl2；

2）读取线段下一点Pi的坐标值，计算Pi-1处的转接角αi-1 ，求解Pi-1 处的理论最大进给速度vi-1 ，计算Pi-1处的局部转接距离Δli-1，接着计算前一段微小线段的实际插补距离si-2 ，si-2=Li-2-Δli-1-Δli-2；

3）根据前瞻优化分析的速度可达性判断，分析第i-2段线段两端，Pi-2和Pi-1处相应的转接速度vi-2 和vi-1之间的速度可达性，如果速度可达性不满足，若vi-2 < vi-1，调整vi-1 ；否则调整vi-2 ，并进行回溯处理，反向判断速度可达性，保存值i，令 i=i-1，重复第3步进行速度可达性判断和速度调整，直到满足速度可达性要求为止；

4）转接角αi-2与前后的转接角αi-3，αi-1比较，如果αi-3<αi-2且αi-2>αi-1，说明点Pi-2处的转接角局部最大，Pi-2为速度分割点：此时如果αi-3<αi-2，且αi-2=αi-1，则需要计算下一个点的转接角进行分析；如果αi-2<αi-3，Pi-2不是速度分割点；

5） 若速度分割点没找到，重复 2-4 步；若速度分割点找到，前瞻结束，下一次前瞻时，以上一速度分割点为起点进行前瞻速度规划。

本实施例可广泛应用于研究开发机器人、高档数控系统核心插补技术，主要包括高性能运动轨迹实时规划，高速微小线段轨迹插补，加工路径进给速率实时修调等。其中的高性能运动轨迹规划完成连续路径段前瞻，实时轨迹规划，轨迹样条曲线平滑，速度规划，加速度控制等。

与现有技术相比，本实施例的有益效果在于：其在增加运动学正解与反解算法后，应用于机器人，使机器人系统运动能避免位置，速度，加速度的突变，运动平滑，平稳，有助于提高机器人的工作效率，减小实际操作过程中的误差，振动与冲击，有效提高机器人的工作精度及运动平稳性，且通过降低了冲击，振动带来的机械磨损，也提高了机器人、数控系统的运行稳定性和可靠性。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种连续微小线段前瞻控制插补算法，其特征在于：

包括如下步骤：

1）顺序读取前两段段微小线段的三个端点P1 ，P2 和P3 ，令线段起始速度v1=0，由于线段开始处无转接角，α1 =0，P1 点局部转接距离Δl1 =0；用余弦公式计算P2处的转接角α2，根据角平分线转接算法的计算公式求解P2 处的理论最大进给速度v2 ，计算P2 处的局部转接距离Δl2 ；计算P1到P2 距离L1 和P2 到P3 的距离L2 ，接着最大转接速度的求解中的实际插补距离公式计算第 1 段微小线段的实际插补距离s1 ，s1=L1-Δl1-Δl2；

2）读取线段下一点Pi的坐标值，计算Pi-1处的转接角αi-1 ，求解Pi-1 处的理论最大进给速度vi-1 ，计算Pi-1处的局部转接距离Δli-1，接着计算前一段微小线段的实际插补距离si-2 ，si-2=Li-2-Δli-1-Δli-2；

3）根据前瞻优化分析的速度可达性判断，分析第i-2段线段两端，Pi-2和Pi-1处相应的转接速度vi-2 和vi-1之间的速度可达性，如果速度可达性不满足，若vi-2 < vi-1，调整vi-1 ；否则调整vi-2 ，并进行回溯处理，反向判断速度可达性，保存值i，令 i=i-1，重复第3步进行速度可达性判断和速度调整，直到满足速度可达性要求为止；

4）转接角αi-2与前后的转接角αi-3，αi-1比较，如果αi-3<αi-2且αi-2>αi-1，说明点Pi-2处的转接角局部最大，Pi-2为速度分割点：此时如果αi-3<αi-2，且αi-2=αi-1，则需要计算下一个点的转接角进行分析；如果αi-2<αi-3，Pi-2不是速度分割点；

5） 若速度分割点没找到，重复 2-4 步；若速度分割点找到，前瞻结束，下一次前瞻时，以上一速度分割点为起点进行前瞻速度规划。