CN113325807B - 一种切割运动速度的控制方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种切割运动速度的控制方法、装置、设备及介质，该方法包括：计算离散的各线段在对应的离散点的曲率；将离散的相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段；组合若干条曲线段后，若干条曲线段连接而成的大弧线与切割轨迹相对应；计算各曲线段中所有离散点集合的所有曲率的曲率平均值；根据各曲率平均值，获取对应的曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；在按照切割轨迹切割材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的曲线段的最大允许速度之内。该方法可以在不牺牲切割速度且不改变轨迹的基础上，提高速度规划问题，保证运动平稳，解决运动抖动的问题，从而提高切割精度及切割效率。

Description

一种切割运动速度的控制方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及柔性材料切割领域，特别是涉及一种切割运动速度的控制方法、装置、设备及介质。

背景技术

在柔性材料切割领域，CAD输出的轮廓图很多时候是以离散后的微小折线段来表示。在切割机诞生前，CAD的输出设备是绘图仪、打印机，它们的输出的轮廓图也是以离散后的微小折线段来表示。譬如HPGL格式的输出文件就是很有代表性的CAD输出格式，这种格式的文件就是以离散后的微小折线段来表示图形的轮廓线。

曲线轮廓离散后变为折线段，折线与折线之间存在突变角dangle，是非光滑轨迹，针对这种轨迹切割运动，速度会存在突变，当这种突变速度超出伺服电机承受范围时，运动表象上是抖动。

目前，针对这种非光滑轨迹的切割运动，通用的方法是计算出每条折线转角的最大允许速度，然后根据加速度Acc进行加速运动，各转角处的最大速度控制在最大允许速度之内就行了。这种运动方式优点计算简单，容易实现。但缺点也很明显，那就是极易抖动；由于曲线离散后的不同折线间的突变角dangle是不相等的，即不同离散点间会产生不同的突变角，针对各转角处计算出的最大允许速度也就不相同，有时甚至相差好几倍的，又由于离散后的曲线折线段很短，所以最大允许速度的变化值上下跳动得厉害而且很频繁。

因此，如何在不改变轨迹的前提下，解决切割运动抖动问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种切割运动速度的控制方法、装置、设备及介质，可以在不改变轨迹的前提下，提高速度规划问题，保证运动平稳，进而提升切割精度及切割效率。其具体方案如下：

一种切割运动速度的控制方法，包括：

计算离散的各线段在对应的离散点的曲率；

将离散的相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段；组合若干条所述曲线段后，若干条所述曲线段连接而成的大弧线与切割轨迹相对应；

计算各所述曲线段中所有离散点集合的所有曲率的曲率平均值；

根据各所述曲率平均值，获取对应的所述曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；

在按照所述切割轨迹切割材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的所述曲线段的所述最大允许速度之内。

优选地，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，采用第一公式计算各线段在对应的离散点的曲率；所述第一公式为：

K=dangle / Len

其中，K表示线段在对应的离散点的曲率，dangle表示线段转动角度，Len表示线段长度。

优选地，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，在将所述相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段的过程中，包括：

计算相邻线段在对应的离散点的曲率的比值；

当所述比值小于等于设定数值时，继续将新的离散点进入正在组合的曲线段的集合；

当所述比值大于所述设定数值时，当前集合的最后一个离散点判定为正在组合的曲线段的尾点同时为下一条待组合的曲线段的起点。

优选地，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，在将所述相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段的过程中，还包括：

当正在组合的曲线段中集合的所有曲率的最大值与最小值之比大于设定阈值时，终止新的离散点进入正在组合的曲线段的集合。

优选地，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，还包括：

根据相邻的所述曲线段分别获取的所述最大允许速度，获取相邻的所述曲线段之间的端点转角速度；

在转角处，将所述切割运动速度控制在所述端点转角速度之内。

优选地，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，所述根据各所述曲率平均值，获取对应的所述曲线段中所有离散点共同的最大允许速度，包括：

根据各所述曲率平均值，得到各所述曲线段的曲率半径；

根据所述曲率半径和最大向心限止加速度，计算曲线运动速度的最大限止速度；

选取所述最大限止速度和设定最高速度中的最小值作为对应的所述曲线段中所有离散点共同的最大允许速度。

本发明实施例还提供了一种切割运动速度的控制装置，包括：

曲率计算模块，用于计算离散的各线段在对应的离散点的曲率；

曲线段组合模块，用于将离散的相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段；组合若干条所述曲线段后，若干条所述曲线段连接而成的大弧线与切割轨迹相对应；

曲率平均值计算模块，用于计算各所述曲线段中所有离散点集合的所有曲率的曲率平均值；

最大允许速度获取模块，用于根据各所述曲率平均值，获取对应的所述曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；

运动速度控制模块，用于在按照所述切割轨迹切割材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的所述曲线段的所述最大允许速度之内。

优选地，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制装置中，还包括：

转角速度获取模块，用于根据相邻的所述曲线段分别获取的所述最大允许速度，获取相邻的所述曲线段之间的端点转角速度；

运动速度控制模块，还用于在转角处，将所述切割运动速度控制在所述端点转角速度之内。

本发明实施例还提供了一种切割运动速度的控制设备，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法。

从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种切割运动速度的控制方法，包括：计算离散的各线段在对应的离散点的曲率；将离散的相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段；组合若干条曲线段后，若干条曲线段连接而成的大弧线与切割轨迹相对应；计算各曲线段中所有离散点集合的所有曲率的曲率平均值；根据各曲率平均值，获取对应的曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；在按照切割轨迹切割材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的曲线段的最大允许速度之内。

本发明提供的上述方法，采用大弧线曲率法来估算最大允许速度，可以在不牺牲切割速度且不改变轨迹的基础上，提高速度规划问题，保证运动平稳，解决运动抖动的问题，从而提高切割精度及切割效率。此外，本发明还针对切割运动速度的控制方法提供了相应的装置、设备及计算机可读存储介质，进一步使得上述方法更具有实用性，该装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的切割运动速度的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的大弧线曲率法计算最大允许速度的示意图；

图3为本发明实施例提供的切割运动速度的控制装置的结构示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种切割运动速度的控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

S101、计算离散的各线段在对应的离散点的曲率；

S102、将离散的相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段；组合若干条曲线段后，若干条曲线段连接而成的大弧线与切割轨迹相对应；

S103、计算各曲线段中所有离散点集合的所有曲率的曲率平均值；也就是说，计算出组合成的各曲线段的单一曲率；

S104、根据各曲率平均值，获取对应的曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；

S105、在按照切割轨迹切割材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的曲线段的最大允许速度之内。

需要说明的是，通过执行上述步骤S101至步骤S104可以获取组合的各曲线段的最大允许速度，这样在切割不同曲线段对应的材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的曲线段的最大允许速度之内即可。

在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，主要采用大弧线曲率法来估算最大允许速度，可以在不牺牲切割速度且不改变轨迹的基础上，提高速度规划问题，保证运动平稳，解决运动抖动的问题，从而提高切割精度及切割效率。所谓大弧线曲率法就是将离散的相邻线段曲率相近的点组合成一条曲线段来计算这些点共同的最大允许速度。

在实际应用中，曲率公式是：

其中，K表示曲率，da表示切线转角的值，ds表示变化弧长。

在本发明实施例中，将离散后的离散线段点长度为Len近似为弧长ds，将转动角度dangle近似为切线转角da，则得到如下第一公式（1）来计算各线段在对应的离散点的曲率；该第一公式（1）为：

K=dangle / Len （1）

其中，K表示线段在对应的离散点的曲率，dangle表示线段转动角度，Len表示线段长度。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，在步骤S101将相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段的过程中，可以包括：首先，计算相邻线段在对应的离散点的曲率的比值；然后将该比值与设定数值（如1.4）进行比较；当比值小于等于设定数值时，继续将新的离散点进入正在组合的曲线段的集合；当比值大于设定数值时，当前集合的最后一个离散点判定为正在组合的曲线段的尾点同时为下一条待组合的曲线段的起点。

具体地，设点集合是{P0,P1,...,Pn}，集合曲率是{K0,K1,...,Kn}，采用公式Kbbi = Ki/Ki+1 计算第i段曲率与第i+1段曲率的比值。

以设定数值为1.4为例，当 Kbbi <= 1.4 时，继续向后集合新点；当Kbbi > 1.4时，则第i+1点即是正在组合的曲线段（即本段弧线段）的尾点同时又是下一条待组合的曲线段（即下段弧线段）的起点。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，在步骤S101将相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段的过程中，还可以包括：当正在组合的曲线段中集合的所有曲率的最大值与最小值之比大于设定阈值（如2.2）时，终止新的离散点进入正在组合的曲线段的集合。

具体地，以设定阈值为2.2为例，当 Kmax/Kmin >2.2时，本曲线段终止新的曲线点进入集合；其中Kmax为正在组合的曲线段集合的所有曲率的最大值，Kmin 为正在组合的曲线段集合的所有曲率的最小值。

进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，还可以包括：根据相邻的曲线段分别获取的最大允许速度，获取相邻的曲线段之间的端点转角速度；在转角处，将切割运动速度控制在端点转角速度之内。这样就大幅度地降低了速度的频繁变化，有效地抑制了运动抖动，使运动平稳可靠。需要说明的是，端点转角速度可以为相邻的曲线段分别获取的最大允许速度的平均值，也可以为相邻的曲线段分别获取的最大允许速度的中间任意值，在此不做限定，具体可以根据实际情况而定。

如图2所示，组合若干条曲线段后，当一些曲线段可以集合成新的曲线段时，直接计算新的曲线段与其相邻的曲线段之间的端点转角度，能够进一步降低速度的频繁变化，增加运动的稳定性。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制方法中，步骤S103根据各曲率平均值，获取对应的获取曲线段中所有离散点共同的最大允许速度，具体可以包括：根据各曲率平均值，得到各曲线段的曲率半径；根据曲率半径和最大向心限止加速度，计算曲线运动速度的最大限止速度；选取最大限止速度和设定最高速度中的最小值作为对应的曲线段中所有离散点共同的最大允许速度。

具体地，采用如下第二公式（2）来计算曲线运动速度的最大限止速度；该第二公式为：

Vmax=Sqrt(r * a) （2）

其中，r是曲率半径，a 是最大向心限止加速度，Vmax是最大限止速度；

采用如下第三公式（3）来得到曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；该第三公式为：

Vx=min(Vt,Vmax) （3）

其中，Vt是设定最高速度，Vmax是最大限止速度，Vx是曲线段中所有离散点共同的最大允许速度。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种切割运动速度的控制装置，由于该装置解决问题的原理与前述一种切割运动速度的控制方法相似，因此该装置的实施可以参见切割运动速度的控制方法的实施，重复之处不再赘述。

在具体实施时，本发明实施例提供的切割运动速度的控制装置，如图3所示，具体包括：

曲率计算模块11，用于计算离散的各线段在对应的离散点的曲率；

曲线段组合模块12，用于将离散的相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段；组合若干条曲线段后，若干条曲线段连接而成的大弧线与切割轨迹相对应；

曲率平均值计算模块13，用于计算各曲线段中所有离散点集合的所有曲率的曲率平均值；

最大允许速度获取模块14，用于根据各曲率平均值，获取对应的曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；

运动速度控制模块15，用于在按照切割轨迹切割材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的曲线段的最大允许速度之内。

在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制装置中，可以通过上述四个模块的相互作用，在不牺牲切割速度且不改变轨迹的基础上，提高速度规划问题，保证运动平稳，解决运动抖动的问题，从而提高切割精度及切割效率。

在具体实施时，在本发明实施例提供的上述切割运动速度的控制装置中，还包括：

转角速度获取模块，用于根据相邻的曲线段分别获取的最大允许速度，获取相邻的曲线段之间的端点转角速度；

运动速度控制模块，还用于在转角处，将切割运动速度控制在端点转角速度之内。

关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。

相应地，本发明实施例还公开了一种切割运动速度的控制设备，包括处理器和存储器；其中，处理器执行存储器中存储的计算机程序时实现前述实施例公开的切割运动速度的控制方法。

关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

进一步地，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；计算机程序被处理器执行时实现前述公开的切割运动速度的控制方法。

关于上述方法更加具体的过程可以参考前述实施例中公开的相应内容，在此不再进行赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备、存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

综上，本发明实施例提供的一种切割运动速度的控制方法，包括：计算离散的各线段在对应的离散点的曲率；将离散的相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段；组合若干条曲线段后，若干条曲线段连接而成的大弧线与切割轨迹相对应；计算各曲线段中所有离散点集合的所有曲率的曲率平均值；根据各曲率平均值，获取对应的曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；在按照切割轨迹切割材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的曲线段的最大允许速度之内。这样采用大弧线曲率法来估算最大允许速度，可以在不牺牲切割速度且不改变轨迹的基础上，提高速度规划问题，保证运动平稳，解决运动抖动的问题，从而提高切割精度及切割效率。此外，本发明还针对切割运动速度的控制方法提供了相应的装置、设备及计算机可读存储介质，进一步使得上述方法更具有实用性，该装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的切割运动速度的控制方法、装置、设备及介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种切割运动速度的控制方法，其特征在于，包括：

计算离散的各线段在对应的离散点的曲率；

将离散的相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段；组合若干条所述曲线段后，若干条所述曲线段连接而成的大弧线与切割轨迹相对应；

计算各所述曲线段中所有离散点集合的所有曲率的曲率平均值；

根据各所述曲率平均值，获取对应的所述曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；

在按照所述切割轨迹切割材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的所述曲线段的所述最大允许速度之内。

2.根据权利要求1所述的切割运动速度的控制方法，其特征在于，采用第一公式计算各线段在对应的离散点的曲率；所述第一公式为：

K=dangle / Len

其中，K表示线段在对应的离散点的曲率，dangle表示线段转动角度，Len表示线段长度。

3.根据权利要求2所述的切割运动速度的控制方法，其特征在于，在将所述相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段的过程中，包括：

计算相邻线段在对应的离散点的曲率的比值；

当所述比值小于等于设定数值时，继续将新的离散点进入正在组合的曲线段的集合；

当所述比值大于所述设定数值时，当前集合的最后一个离散点判定为正在组合的曲线段的尾点同时为下一条待组合的曲线段的起点。

4.根据权利要求3所述的切割运动速度的控制方法，其特征在于，在将所述相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段的过程中，还包括：

当正在组合的曲线段中集合的所有曲率的最大值与最小值之比大于设定阈值时，终止新的离散点进入正在组合的曲线段的集合。

5.根据权利要求4所述的切割运动速度的控制方法，其特征在于，还包括：

根据相邻的所述曲线段分别获取的所述最大允许速度，获取相邻的所述曲线段之间的端点转角速度；

在转角处，将所述切割运动速度控制在所述端点转角速度之内。

6.根据权利要求5所述的切割运动速度的控制方法，其特征在于，所述根据各所述曲率平均值，获取对应的所述曲线段中所有离散点共同的最大允许速度，包括：

根据各所述曲率平均值，得到各所述曲线段的曲率半径；

根据所述曲率半径和限止的最大向心加速度，计算曲线运动速度的限止的最大速度；

选取所述限止的最大速度和设定最高速度中的最小值作为对应的所述曲线段中所有离散点共同的最大允许速度。

7.一种切割运动速度的控制装置，其特征在于，包括：

曲率计算模块，用于计算离散的各线段在对应的离散点的曲率；

曲线段组合模块，用于将离散的相邻线段曲率相同或相近的离散点组合成一条曲线段；组合若干条所述曲线段后，若干条所述曲线段连接而成的大弧线与切割轨迹相对应；

曲率平均值计算模块，用于计算各所述曲线段中所有离散点集合的所有曲率的曲率平均值；

最大允许速度获取模块，用于根据各所述曲率平均值，获取对应的所述曲线段中所有离散点共同的最大允许速度；

运动速度控制模块，用于在按照所述切割轨迹切割材料位置处时，将切割运动速度控制在对应的所述曲线段的所述最大允许速度之内。

8.根据权利要求7所述的切割运动速度的控制装置，其特征在于，还包括：

转角速度获取模块，用于根据相邻的所述曲线段分别获取的所述最大允许速度，获取相邻的所述曲线段之间的端点转角速度；

运动速度控制模块，还用于在转角处，将所述切割运动速度控制在所述端点转角速度之内。

9.一种切割运动速度的控制设备，其特征在于，包括处理器和存储器，其中，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述的切割运动速度的控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的切割运动速度的控制方法。

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