CN112068490A - 一种轨迹规划方法、装置、电子设备及储存介质 - Google Patents

一种轨迹规划方法、装置、电子设备及储存介质 Download PDF

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CN112068490A CN202010886628.1A CN202010886628A CN112068490A CN 112068490 A CN112068490 A CN 112068490A CN 202010886628 A CN202010886628 A CN 202010886628A CN 112068490 A CN112068490 A CN 112068490A
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Abstract

本发明提供一种轨迹规划方法、装置、电子设备及储存介质，涉及自动化控制技术领域，该方法包括：根据数控车床的轨迹规划设定参数，获取规划速度；依据所述规划速度，获取采样周期位移；依据所述采样周期位移，获取当前位置对应的更新位置；获取所述更新位置与目标位置的相对距离值；在所述相对距离值与所述采样周期位移的大小判断结果满足预设条件的情况下，调整轨迹规划。本发明可以提高数控车床的系统性能。

Description

一种轨迹规划方法、装置、电子设备及储存介质
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种轨迹规划方法、装置、电子设备及储存介质。
背景技术
在数控车床控制中，电机是数控车床典型的执行机构，数控车床控制系统运行性能的优劣很大程度上取决于对电机的控制是否达到最佳状态。而在电机的运动控制中，其最高运行速度比最高启动速度高得多，因此如果电机以最高运行速度启动极易会出现不启动或者丢步的情况。而在快速运动控制中，如果在目标位置附近立即中断驱动脉冲的话，电机容易发生过冲，产生运行误差。
轨迹规划对数控设备高效、稳定的运行有重要影响，目前常用的电机运动轨迹规划插补方法主要为梯形加减速规划法。梯形加减速规划法对数控车床操作设备加工轨迹进行梯形曲线速度规划，因需要对整个梯形曲线运动轨迹所需时间进行圆整和总位移误差补偿，需对加速度和速度进行调整，轨迹规划时间不是最优，会对数控车床设备系统产生一定影响。可见，目前数控车床的轨迹规划降低了系统性能。
发明内容
本发明实施例提供一种轨迹规划方法、装置、电子设备和存储介质，以解决数控车床的轨迹规划降低了系统性能的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种轨迹规划方法，包括：
根据数控车床的轨迹规划设定参数，获取规划速度；
依据所述规划速度，获取采样周期位移；
依据所述采样周期位移，获取当前位置对应的更新位置；
获取所述更新位置与目标位置的相对距离值；
在所述相对距离值与所述采样周期位移的大小判断结果满足预设条件的情况下，调整轨迹规划。
第二方面，本发明实施例提供一种轨迹规划装置，包括：
第一获取模块，用于根据数控车床的轨迹规划设定参数，获取规划速度；
第二获取模块，用于依据所述规划速度，获取采样周期位移；
第三获取模块，用于依据所述采样周期位移，获取当前位置对应的更新位置；
第四获取模块，用于获取所述更新位置与目标位置的相对距离值；
调整模块，用于在所述相对距离值与所述采样周期位移的大小判断结果满足预设条件的情况下，调整轨迹规划。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或者指令，所述程序或者指令被所述处理器执行时实现本发明实施例提供的轨迹规划方法中的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现本发明实施例提供的轨迹规划方法中的步骤。
本发明实施例中，通过数控车床的轨迹规划设定参数，获取规划速度，进一步获取采样周期并更新位置；获取更新位置与目标位置的相对距离值，依据相对距离值与采样周期位移的大小判断结果，调整轨迹规划。这样由于可以在每个采样周期内实时准确地获取采样周期位移，并依据相对距离值与采样周期位移的大小判断结果，可在较短时间内进行路径规划，从而可以提高数控车床的系统性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种轨迹规划方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的速度位移关系原理图；
图3是本发明实施例提供的轨迹规划方法第一应用场景仿真图；
图4是本发明实施例提供的轨迹规划方法第二应用场景仿真图；
图5是本发明实施例提供的轨迹规划方法第三应用场景仿真图；
图6是本发明实施例提供的轨迹规划方法第四应用场景仿真图；
图7是本发明实施例提供的轨迹规划方法第五应用场景仿真图；
图8是本发明实施例提供的轨迹规划方法第六应用场景仿真图；
图9是本发明实施例提供的一种轨迹规划装置的结构图；
图10是本发明实施例提供的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”所区别的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种轨迹规划方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤：
步骤101、根据数控车床的轨迹规划设定参数，获取规划速度。
其中，要根据数控车床的轨迹规划设定参数，对所获取的规划速度进行限制饱和处理。
步骤102、依据所述规划速度，获取采样周期位移。
上述采样周期位移为在规划速度的影响下，数控车床一个采样周期内的位移，也就是插补位移。在通常情况下，数控车床系统都是数字控制的，需要将连续时间梯形加减速进行离散化，即不停地通过设定的采样周期对规划速度和采样周期位移进行更新，并将规划速度和采样周期位移转化为脉冲送到数控车床电机执行结构。上述采样周期的时间可以设定为1ms、5ms或10ms。
步骤103、依据所述采样周期位移，获取当前位置对应的更新位置。
在第一个采样周期的轨迹规划中，当目标位置值大于当前位置值，当前位置和采样周期位移相加获取插补后的位置，插补后的位置即为更新位置；当目标位置值小于当前位置值，当前位置和采样周期位移相减获取插补后的位置，插补后的位置即为更新位置；在第二个采样周期的轨迹规划中，将在第一个采样周期的轨迹规划中获取的更新位置作为第二个采样周期的轨迹规划中的当前位置。
步骤104、获取所述更新位置与目标位置的相对距离值。
上述更新位置与目标位置相减，所得结果取绝对值，获得更新位置与目标位置的相对距离值。
步骤105、在所述相对距离值与所述采样周期位移的大小判断结果满足预设条件的情况下，调整轨迹规划。
在预设条件，根据相对距离值与采样周期位移的大小判断结果调整轨迹规划，当轨迹规划调整后所得的更新位置与目标位置相等时，将所述轨迹规划设定参数的轨迹规划作为最终的轨迹规划，即轨迹规划完成。
本发明实施例中，通过上述步骤可以实现在每个采样周期内实时准确地获取采样周期位移，并依据相对距离值与采样周期位移的大小判断结果，可在较短时间内进行路径规划，从而可以提高数控车床的系统性能。
作为一种可选的实施方式，所述设定参数包括所述当前位置、所述目标位置、初始速度、最大速度、最大加速度、采样周期和位于所述目标位置的末速度。
上述最大速度和最大加速度用于对轨迹规划过程中的速度和加速度进行限制饱和处理，使得轨迹规划过程中速度的绝对值最大值不超过设定的最大速度，使得轨迹规划过程中加速度的绝对值最大值不超过设定的最大加速度。
可选的，依据所述规划速度，获取采样周期位移，包括：
获取所述规划速度和所述初始速度的平均速度；
所述平均速度与所述采样周期相乘，获取所述采样周期位移。
在上述步骤中，对采样周期位移即插补位移的计算考虑了规划速度和初始速度的共同影响；计算时，取规划速度和初始速度的平均速度作为计算速度，与时间采样周期相乘，获取采样周期位移。
该实施方式中，由于考虑了规划速度和初始速度对采样周期的影响，所得采样周期位移更加准确，提高轨迹规划的准确性。
可选的，在所述相对距离值与所述采样周期位移的大小判断结果满足预设条件的情况下，调整轨迹规划，包括：
在所述相对距离值大于或等于所述采样周期位移时，将所述规划速度赋值给所述初始速度；或者
在所述相对距离值小于所述采样周期位移时，将所述目标位置赋值给所述当前位置。
在上述步骤中，第一个采样周期中，所述相对距离值大于或等于所述采样周期位移时，将所述规划速度赋值给所述初始速度；第二个采样周期中，再依据赋值后的初始速度和其他数控车床的轨迹规划设定参数，计算第二个采样周期的规划速度和采样周期位移，其中，其他数控车床的轨迹规划设定参数中的当前位置，为第一个采样周期中的更新位置赋值的当前位置。
在轨迹规划过程中，完成一次轨迹加减速的时间可能不是采样周期的整数倍，轨迹规划调整在规划时间不足一个采样周期时，即满足更新位置与目标位置的相对距离值小于采样周期位移的预设条件时，将设定的目标位置赋值给所述当前位置，不需要进行误差补偿。
该实施方式中，针对时间不足一个采样周期的轨迹规划，将目标位置赋值给当前位置完成当前位置的更新，可以减少轨迹规划的计算量，优化轨迹规划的时间。
一种实施方式，如下：
根据实际场景中的数控机床的轨迹规划，系统在当前位置时的速度为初始速度，在目标位置时的速度为末速度，在这里存在两种情况：
第一种情况，目标位置值大于当前位置值，当前位置的值是逐渐增加的，运动方向是正方向，目标位置和当前位置的位移差，通过如下计算表示：
T-P＝tm×vf+tm(vs-vf)/2+(vc-vf)×ts/2
其中，T为目标位置，P为当前位置，tm为运动所用的总时间，vf为末速度，vs为建议速度值，vc为当前速度，ts为采样周期。
请参见图2，图2为速度位移关系原理图，在当前速度到末速度这一段直线上，取任意一点为任意速度，那么根据直线上任意两点可求得这段直线的斜率为：
k＝(vf-vs)/(tm-ts)
该段直线运动的加速度a＝-k,获得该段直线方程为：
v-vf＝-a(t-tm)
令运动所用时间与采样周期相等，获取规划速度公式：
vs＝vf+a(tm-ts)
根据上述规划速度，目标位置和当前位置的位移差为：
T-P＝atm 2/2-atstm/2+tsvc/2+tmvf-vfts/2
进一步，根据上述位移差公式，获取如下含有运动所用的总时间的一元二次方程：
atm 2/2-atstm/2+tsvc/2+tmvf-vfts/2-(T-P)＝0
获取运动所用的总时间为未知数的解：
Figure BDA0002655757980000061
对上述求解仅取正号，负号舍去，将上述运动所用的总时间为未知数的求解代入规划速度公式：
Figure BDA0002655757980000062
为满足规划速度不超过设定参数中的最大速度，对规划速度进行饱和处理：
Figure BDA0002655757980000063
根据规划速度，求出每个周期的加速度：
Figure BDA0002655757980000064
为满足加速度不超过设定参数中的最大加速度，对加速度进行饱和处理：
Figure BDA0002655757980000065
根据规划速度，在一个采样周期时间范围内，取规划速度和初始速度的平均速度，将平均速度与所述采样周期相乘，获取采样周期位移，通过如下计算：
Figure BDA0002655757980000071
其中，Ps为采样周期位移。
当前位置与采样周期位移相加获取插补后的位置，插补后的位置即为更新位置。
将上述更新位置与目标位置相减，所得结果取绝对值，获得更新位置与目标位置的相对距离值。
在相对距离值大于或等于采样周期位移时，将获取的规划速度赋值给初始速度，以新的初始速度再重复以上步骤，直到上述相对距离值小于所述采样周期位移时，将所述目标位置赋值给所述当前位置。更新位置与目标位置相等时，轨迹规划完成。
第二种情况，目标位置值小于当前位置值，当前位置的值是逐渐减少的，运动方向是负方向，目标位置和当前位置的位移差取绝对值，通过如下计算表示：
|T-P|＝tm×vf+tm(vs-vf)/2+(vc-vf)×ts/2
获取的规划速度通过如下表示：
Figure BDA0002655757980000072
为满足规划速度不超过设定参数中的最大速度，对规划速度加速度进行饱和处理，并取规划速度和初始速度的平均速度，将平均速度与所述采样周期相乘，获取采样周期位移。
当前位置减去采样周期位移获取插补后的位置，插补后的位置即为更新位置。
在相对距离值大于或等于采样周期位移时，将获取的规划速度赋值给初始速度，以新的初始速度再重复以上步骤，直到上述相对距离值小于所述采样周期位移时，将所述目标位置赋值给所述当前位置。更新位置与目标位置相等时，轨迹规划完成。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的轨迹规划方法第一应用场景仿真图，如图3所示：
轨迹规划方法第一应用场景中，根据数控车床的轨迹规划设定参数进行仿真输出，其中Progress就是当前位置，velocity就是每个采样周期的实际速度值，acceleration代表每个周期的实际加速度值，在velocity仿真图中，小点代表理想的规划速度，圆圈是对规划速度进行处理的实际速度。
轨迹规划方法第一应用场景中，目标位置值大于当前位置值，设定参数的初速度等于零，设定参数的末速度等于零。初始速度vc＝0，末速度vf＝0，当前位置P＝0，目标位置T＝10，最大加速度am＝254mm/s2，vm＝30.48mm/s，采样周期ts＝0.005s，速度值可以达到vm。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的轨迹规划方法第二应用场景仿真图，如图4所示：
轨迹规划方法第二应用场景中，根据数控车床的轨迹规划设定参数进行仿真输出，其中Progress就是当前位置，velocity就是每个采样周期的实际速度值，acceleration代表每个周期的实际加速度值，在velocity仿真图中，小点代表理想的规划速度，圆圈是对规划速度进行处理的实际速度。
轨迹规划方法第二应用场景中，目标位置值大于当前位置值，设定参数的初速度不等于零，设定参数的末速度等于零。初始速度vc＝10，末速度vf＝0，当前位置P＝0，目标位置T＝10，最大加速度am＝254mm/s2，vm＝30.48mm/s，采样周期ts＝0.005s，速度值可以达到vm。
请参见图5，图5是本发明实施例提供的轨迹规划方法第三应用场景仿真图，如图5所示：
轨迹规划方法第三应用场景中，根据数控车床的轨迹规划设定参数进行仿真输出，其中Progress就是当前位置，velocity就是每个采样周期的实际速度值，acceleration代表每个周期的实际加速度值，在velocity仿真图中，小点代表理想的规划速度，圆圈是对规划速度进行处理的实际速度。
轨迹规划方法第三应用场景中，目标位置值大于当前位置值，设定参数的初速度等于零，设定参数的末速度不等于零。初始速度vc＝0，末速度vf＝10，当前位置P＝0，目标位置T＝10，最大加速度am＝254mm/s2，vm＝30.48mm/s，采样周期ts＝0.005s，速度值可以达到vm。
请参见图6，图6是本发明实施例提供的轨迹规划方法第四应用场景仿真图，如图6所示：
轨迹规划方法第四应用场景中，根据数控车床的轨迹规划设定参数进行仿真输出，其中Progress就是当前位置，velocity就是每个采样周期的实际速度值，acceleration代表每个周期的实际加速度值，在velocity仿真图中，小点代表理想的规划速度，圆圈是对规划速度进行处理的实际速度。
轨迹规划方法第四应用场景中，目标位置值大于当前位置值，设定参数的初速度不等于零，设定参数的末速度不等于零。初始速度vc＝10，末速度vf＝10，当前位置P＝0，目标位置T＝10，最大加速度am＝254mm/s2，vm＝30.48mm/s，采样周期ts＝0.005s，速度值可以达到vm。
请参见图7，图7是本发明实施例提供的轨迹规划方法第五应用场景仿真图，如图7所示：
轨迹规划方法第五应用场景中，根据数控车床的轨迹规划设定参数进行仿真输出，其中Progress就是当前位置，velocity就是每个采样周期的实际速度值，acceleration代表每个周期的实际加速度值，在velocity仿真图中，小点代表理想的规划速度，圆圈是对规划速度进行处理的实际速度。
轨迹规划方法第五应用场景中，目标位置值大于当前位置值，设定参数的初速度等于零，设定参数的末速度等于零。初始速度vc＝0，末速度vf＝0，当前位置P＝0，目标位置T＝2，最大加速度am＝254mm/s2，vm＝30.48mm/s，采样周期ts＝0.005s，因不能满足一条完整的梯形速度轨迹规划曲线时，速度值不能达到vm。
请参见图8，图8是本发明实施例提供的轨迹规划方法第六应用场景仿真图，如图8所示：
轨迹规划方法第六应用场景中，根据数控车床的轨迹规划设定参数进行仿真输出，其中Progress就是当前位置，velocity就是每个采样周期的实际速度值，acceleration代表每个周期的实际加速度值，在velocity仿真图中，小点代表理想的规划速度，圆圈是对规划速度进行处理的实际速度。
轨迹规划方法第六应用场景中，目标位置值小于当前位置值，设定参数的初速度等于零，设定参数的末速度等于零。初始速度vc＝0，末速度vf＝0，当前位置P＝10，目标位置T＝0，最大加速度am＝254mm/s2，vm＝30.48mm/s，采样周期ts＝0.005s，速度值能达到vm。
请参见图9，图9是本发明实施例提供的一种轨迹规划装置的结构图，如图9所示，轨迹规划装置包括：
第一获取模块901，用于根据数控车床的轨迹规划设定参数，获取规划速度；
第二获取模块902，用于依据所述规划速度，获取采样周期位移；
第三获取模块903，用于依据所述采样周期位移，获取当前位置对应的更新位置；
第四获取模块904，用于获取所述更新位置与目标位置的相对距离值；
调整模块905，用于在所述相对距离值与所述采样周期位移的大小判断结果满足预设条件的情况下，调整轨迹规划。
可选的，所述设定参数包括所述当前位置、所述目标位置、初始速度、最大速度、最大加速度、采样周期和位于所述目标位置的末速度。
可选的，所述第二获取模块用于获取所述规划速度和所述初始速度的平均速度；
所述平均速度与所述采样周期相乘，获取所述采样周期位移。
可选的，所述调整模块用于在所述相对距离值大于或等于所述采样周期位移时，将所述规划速度赋值给所述初始速度；或者
在所述相对距离值小于所述采样周期位移时，将所述目标位置赋值给所述当前位置。
本发明实施例提供的轨迹规划装置能够实现图1的方法实施例中的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例中的轨迹规划装置可以是装置，也可以是电子设备中的部件、集成电路、或芯片。
请参见图10，图10是本发明实施例提供的一种电子设备的结构图，如图10所示，电子设备包括：存储器1001、处理器1002及存储在所述存储器1001上并可在所述处理器1002上运行的程序或者指令，所述程序或者指令被所述处理器1002执行时实现上述轨迹规划方法中的步骤。
本发明实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述轨迹规划方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请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，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种轨迹规划方法，其特征在于，包括：
根据数控车床的轨迹规划设定参数，获取规划速度；
依据所述规划速度，获取采样周期位移；
依据所述采样周期位移，获取当前位置对应的更新位置；
获取所述更新位置与目标位置的相对距离值；
在所述相对距离值与所述采样周期位移的大小判断结果满足预设条件的情况下，调整轨迹规划。
2.如权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述设定参数包括所述当前位置、所述目标位置、初始速度、最大速度、最大加速度、采样周期和位于所述目标位置的末速度。
3.如权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述依据所述规划速度，获取采样周期位移，包括：
获取所述规划速度和所述初始速度的平均速度；
所述平均速度与所述采样周期相乘，获取所述采样周期位移。
4.如权利要求1所述的轨迹规划方法，其特征在于，所述在所述相对距离值与所述采样周期位移的大小判断结果满足预设条件的情况下，调整轨迹规划，包括：
在所述相对距离值大于或等于所述采样周期位移时，将所述规划速度赋值给所述初始速度；或者
在所述相对距离值小于所述采样周期位移时，将所述目标位置赋值给所述当前位置。
5.一种轨迹规划装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于根据数控车床的轨迹规划设定参数，获取规划速度；
第二获取模块，用于依据所述规划速度，获取采样周期位移；
第三获取模块，用于依据所述采样周期位移，获取当前位置对应的更新位置；
第四获取模块，用于获取所述更新位置与目标位置的相对距离值；
调整模块，用于在所述相对距离值与所述采样周期位移的大小判断结果满足预设条件的情况下，调整轨迹规划。
6.如权利要求5所示的轨迹规划装置，其特征在于，所述设定参数包括所述当前位置、所述目标位置、初始速度、最大速度、最大加速度、采样周期和位于所述目标位置的末速度。
7.如权利要求5所示的轨迹规划装置，其特征在于，所述第二获取模块用于获取所述规划速度和所述初始速度的平均速度；
所述平均速度与所述采样周期相乘，获取所述采样周期位移。
8.如权利要求7所示的轨迹规划装置，其特征在于，所述调整模块用于在所述相对距离值大于或等于所述采样周期位移时，将所述规划速度赋值给所述初始速度；或者
在所述相对距离值小于所述采样周期位移时，将所述目标位置赋值给所述当前位置。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或者指令，所述程序或者指令被所述处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的轨迹规划方法中的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的轨迹规划方法中的步骤。
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