CN113791576A - 一种轨迹间的局部光顺过渡方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种轨迹间的局部光顺过渡方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN113791576A CN202110954452.3A CN202110954452A CN113791576A CN 113791576 A CN113791576 A CN 113791576A CN 202110954452 A CN202110954452 A CN 202110954452A CN 113791576 A CN113791576 A CN 113791576A
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Abstract

本发明公开了一种轨迹间的局部光顺过渡方法、装置、设备及存储介质，方法包括：取
Figure DDA0003219725780000011
对所有i＝0,1,…N，计算
Figure DDA0003219725780000012
并利用距离公式求出距离p1的距离e(i)，若min{e(0),e(1),…e(N)}<ε，则取
Figure DDA0003219725780000013
表示新的可行解；否则取
Figure DDA0003219725780000014
利用求解测试解公式重新得到
Figure DDA0003219725780000015
j＝j+1，若j>cout或者
Figure DDA0003219725780000016
则取
Figure DDA0003219725780000017
Figure DDA0003219725780000018
作为最终解，否则返回重新执行上述步骤。通过轨迹间的局部光顺过渡方法，可以解决直线与直线，直线与圆弧，圆弧与圆弧之间的光顺过渡问题，且误差可控，能够进一步光顺加工路径，提高了加工效率，进而提升了加工效果。

Description

一种轨迹间的局部光顺过渡方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种轨迹间的局部光顺过渡方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
目前三轴数控系统输入一般采用直线和圆弧。由于直线与直线之间存在转角，直线与圆弧之间存在向心力突变，因而如果直接采用直线与圆弧的加工方式，则在直线与直线、直线与圆弧交点处，速度或加速度不光顺，影响加工效率和加工效果。为此，大量研究者讨论了直线与直线之间的光顺问题，如采用A样条、B样条、C样条或NURBS样条的全局拟合光顺方法，采用圆弧、抛物线、Hermite曲线或Bézier曲线(B样条)的局部过渡光顺方法；所有这些方法都能很好处理直线之间的光顺问题，并能获得较好的加工效率和加工效果。然而，利用以上方法只能处理直线与直线之间的光顺问题，针对直线与圆弧、拟合的曲线与直线、以及拟合的曲线之间的过渡问题，以上方法都无法处理，这就造成在某些加工应用中仍然存在加工效果不佳的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提出一种轨迹间的局部光顺过渡方法，能够进一步光顺加工路径，提高加工效率。
本发明还提出一种应用上述轨迹间的局部光顺过渡方法的轨迹间的局部光顺过渡装置。
本发明还提出一种应用上述轨迹间的局部光顺过渡方法的轨迹间的局部光顺过渡设备。
本发明还提出一种应用上述轨迹间的局部光顺过渡方法的计算机可读存储介质。
根据本发明第一方面实施例的轨迹间的局部光顺过渡方法，所述方法包括：步骤S1：设定
Figure BDA0003219725760000021
表示以坐标p0为起点，曲线f0在路径长度为L处的三维坐标，同时设
Figure BDA0003219725760000022
为曲线f0的终点，且总长为
Figure BDA0003219725760000023
并且设
Figure BDA0003219725760000024
为曲线f1以坐标p1为起点，p2为终点，总长为
Figure BDA0003219725760000025
设定过渡曲线起点为曲线f0上离p1距离为L0处的点
Figure BDA0003219725760000026
终点为曲线f1上离p1距离为L1处的点
Figure BDA0003219725760000027
则利用过渡曲线公式计算p(u)；其中，p(u)为过渡曲线在参数u处的三维坐标；
步骤S2：设给定最大过渡长度为L2，过渡误差为ε，u离散总数为N，搜索次数为count，搜索精度为δ，j＝0，则初始可行解Lf＝ε，初始不可行解Ln＝L2，测试解
Figure BDA0003219725760000028
步骤S3：取
Figure BDA0003219725760000029
对所有i＝0,1,…N，计算
Figure BDA00032197257600000210
并利用距离公式求出距离p1的距离e(i)，若min{e(0),e(1),…e(N)}<ε，则取
Figure BDA00032197257600000211
表示新的可行解；否则取
Figure BDA00032197257600000212
步骤S4：利用求解测试解公式重新得到
Figure BDA00032197257600000213
j＝j+1，若j>cout或者
Figure BDA00032197257600000214
则取
Figure BDA00032197257600000215
作为最终解，否则返回重新执行上述步骤S3。
根据本发明实施例的轨迹间的局部光顺过渡方法，至少具有如下有益效果：通过轨迹间的局部光顺过渡方法，可以解决直线与直线，直线与圆弧，圆弧与圆弧之间的光顺过渡问题，且误差可控，能够进一步光顺加工路径，提高了加工效率，进而提升了加工效果。
根据本发明的一些实施例，所述过渡曲线公式可表示为：
Figure BDA00032197257600000216
其中，u∈(0,1)为参数。
根据本发明的一些实施例，所述求解测试解公式可表示为：
Figure BDA0003219725760000031
其中，Lf为初始可行解，Ln为初始不可行解。
根据本发明的一些实施例，所述距离公式可表示为：
Figure BDA0003219725760000032
其中，
Figure BDA0003219725760000033
为过渡曲线在参数
Figure BDA0003219725760000034
处的三维坐标。
根据本发明第二方面实施例的轨迹间的局部光顺过渡装置，包括：
第一单元，用于设定
Figure BDA0003219725760000035
表示以坐标p0为起点，曲线f0在路径长度为L处的三维坐标，同时设
Figure BDA0003219725760000036
为曲线f0的终点，且总长为
Figure BDA0003219725760000037
并且设
Figure BDA0003219725760000038
为曲线f1以坐标p1为起点，p2为终点，总长为
Figure BDA0003219725760000039
设定过渡曲线起点为曲线f0上离p1距离为L0处的点
Figure BDA00032197257600000310
终点为曲线f1上离p1距离为L1处的点
Figure BDA00032197257600000311
则利用过渡曲线公式计算p(u)；其中，p(u)为过渡曲线在参数u处的三维坐标；
第二单元，用于设给定最大过渡长度为L2，过渡误差为ε，u离散总数为N，搜索次数为count，搜索精度为δ，j＝0，则初始可行解Lf＝ε，初始不可行解Ln＝L2，测试解
Figure BDA00032197257600000312
第三单元，用于取
Figure BDA00032197257600000313
对所有i＝0,1,…N，计算
Figure BDA00032197257600000314
并利用距离公式求出距离p1的距离e(i)，若min{e(0),e(1),…e(N)}<ε，则取
Figure BDA00032197257600000315
表示新的可行解；否则取
Figure BDA00032197257600000316
第四单元，用于利用求解测试解公式重新得到
Figure BDA00032197257600000317
j＝j+1，若j>cout或者
Figure BDA00032197257600000318
则取
Figure BDA00032197257600000319
作为最终解，否则返回重新执行所述第三单元。
根据本发明的一些实施例，所述过渡曲线公式可表示为：
Figure BDA0003219725760000041
其中，u∈(0,1)为参数。
根据本发明的一些实施例，所述求解测试解公式可表示为：
Figure BDA0003219725760000042
其中，Lf为初始可行解，Ln为初始不可行解。
根据本发明的一些实施例，所述距离公式可表示为：
Figure BDA0003219725760000043
其中，
Figure BDA0003219725760000044
为过渡曲线在参数
Figure BDA0003219725760000045
处的三维坐标。
根据本发明第三方面实施例的轨迹间的局部光顺过渡设备，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当至少一个所述程序被至少一个所述处理器执行时实现如上所述的轨迹间的局部光顺过渡方法。
根据本发明第四方面实施例的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可执行指令，所述计算机可执行指令被控制处理器执行时实现如上所述的轨迹间的局部光顺过渡方法。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明一个实施例提供的轨迹间的局部光顺过渡方法的流程图；
图2为本发明一个实施例提供的轨迹间的局部光顺过渡方法中的曲线相交图；
图3为本发明一个实施例提供的轨迹间的局部光顺过渡装置的示意图；
图4为本发明一个实施例提供的轨迹间的局部光顺过渡设备的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1和图2，根据本发明第一方面的一个实施例提供了一种轨迹间的局部光顺过渡方法，所述方法包括但不限于步骤S1、步骤S2、步骤S3和步骤S4。
步骤S1：设定
Figure BDA0003219725760000051
表示以坐标p0为起点，曲线f0在路径长度为L处的三维坐标，同时设
Figure BDA0003219725760000052
为曲线f0的终点，且总长为Lf0；并且设
Figure BDA0003219725760000053
为曲线f1以坐标p1为起点，p2为终点，总长为
Figure BDA0003219725760000054
设定过渡曲线起点为曲线f0上离p1距离为L0处的点
Figure BDA0003219725760000055
终点为曲线f1上离p1距离为L1处的点
Figure BDA0003219725760000056
则利用过渡曲线公式计算p(u)；其中，p(u)为过渡曲线在参数u处的三维坐标；
步骤S2：设给定最大过渡长度为L2，过渡误差为ε，u离散总数为N，搜索次数为count，搜索精度为δ，j＝0，则初始可行解Lf＝ε，初始不可行解Ln＝L2，测试解
Figure BDA0003219725760000061
步骤S3：取
Figure BDA0003219725760000062
对所有i＝0,1,…N，计算
Figure BDA0003219725760000063
并利用距离公式求出距离p1的距离e(i)，若min{e(0),e(1),…e(N)}<ε，则取
Figure BDA0003219725760000064
表示新的可行解；否则取
Figure BDA0003219725760000065
步骤S4：利用求解测试解公式重新得到
Figure BDA0003219725760000066
j＝j+1，若j>cout或者
Figure BDA0003219725760000067
则取
Figure BDA0003219725760000068
作为最终解，否则返回重新执行上述步骤S3。
需要说明的是，本发明实施例通过轨迹间的局部光顺过渡方法，可以解决直线与直线，直线与圆弧，圆弧与圆弧之间的光顺过渡问题，且误差可控，能够进一步光顺加工路径，提高了加工效率，进而提升了加工效果。
在一实施例中，本发明实施例所述过渡曲线公式可表示为：
Figure BDA0003219725760000069
其中，u∈(0,1)为参数。
在一实施例中，求解测试解公式可表示为：
Figure BDA00032197257600000610
其中，Lf为初始可行解，Ln为初始不可行解。
在一实施例中，距离公式可表示为：
Figure BDA00032197257600000611
其中，
Figure BDA00032197257600000612
为过渡曲线在参数
Figure BDA00032197257600000613
处的三维坐标。
参照图3，根据本发明第二方面的一个实施例提供了一种轨迹间的局部光顺过渡装置1000，包括：
第一单元1100，用于设定
Figure BDA0003219725760000071
表示以坐标p0为起点，曲线f0在路径长度为L处的三维坐标，同时设
Figure BDA0003219725760000072
为曲线f0的终点，且总长为
Figure BDA0003219725760000073
并且设
Figure BDA0003219725760000074
为曲线f1以坐标p1为起点，p2为终点，总长为
Figure BDA0003219725760000075
设定过渡曲线起点为曲线f0上离p1距离为L0处的点
Figure BDA0003219725760000076
终点为曲线f1上离p1距离为L1处的点
Figure BDA0003219725760000077
则利用过渡曲线公式计算p(u)；其中，p(u)为过渡曲线在参数u处的三维坐标；
第二单元1200，用于设给定最大过渡长度为L2，过渡误差为ε，u离散总数为N，搜索次数为count，搜索精度为δ，j＝0，则初始可行解Lf＝ε，初始不可行解Ln＝L2，测试解
Figure BDA0003219725760000078
第三单元1300，用于取
Figure BDA0003219725760000079
对所有i＝0,1,…N，计算
Figure BDA00032197257600000710
并利用距离公式求出距离p1的距离e(i)，若min{e(0),e(1),…e(N)}<ε，则取
Figure BDA00032197257600000711
表示新的可行解；否则取
Figure BDA00032197257600000712
第四单元1400，用于利用求解测试解公式重新得到
Figure BDA00032197257600000713
j＝j+1，若j>cout或者
Figure BDA00032197257600000714
则取
Figure BDA00032197257600000715
作为最终解，否则返回重新执行所述第三单元。
在一实施例中，过渡曲线公式可表示为：
Figure BDA00032197257600000716
其中，u∈(0,1)为参数。
在一实施例中，求解测试解公式可表示为：
Figure BDA00032197257600000717
其中，Lf为初始可行解，Ln为初始不可行解。
在一实施例中，距离公式可表示为：
Figure BDA0003219725760000081
其中，
Figure BDA0003219725760000082
为过渡曲线在参数
Figure BDA0003219725760000083
处的三维坐标。
需要说明的是，由于本实施例中的轨迹间的局部光顺过渡装置与上述实施例中的轨迹间的局部光顺过渡方法基于相同的发明构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于本系统实施例，此处不再详述。
参照图4，根据本发明第四方面的一个实施例提供了一种轨迹间的局部光顺过渡设备，该轨迹间的局部光顺过渡设备包括：存储器600、处理器500及存储在存储器600上并可在处理器500上运行的计算机程序。
处理器500和存储器600可以通过总线或者其他方式连接。
需要说明的是，本实施例中的轨迹间的局部光顺过渡设备和上述实施例中的轨迹间的局部光顺过渡方法属于相同的发明构思，因此这些实施例具有相同的实现原理以及技术效果，此处不再详述。
实现上述实施例的轨迹间的局部光顺过渡方法所需的非暂态软件程序以及指令存储在存储器600中，当被处理器500执行时，执行上述实施例中的轨迹间的局部光顺过渡方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S1至步骤S4。
根据本发明第四方面的一个实施例提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被控制处理器执行时实现上述实施例中的轨迹间的局部光顺过渡方法。例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S1至S4。
需要说明的是，由于本实施例中的计算机可读存储介质与上述实施例中的轨迹间的局部光顺过渡方法基于相同的发明构思，因此，方法实施例中的相应内容同样适用于本系统实施例，此处不再详述。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包括计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种轨迹间的局部光顺过渡方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1：设定
Figure FDA0003219725750000011
表示以坐标p0为起点，曲线f0在路径长度为L处的三维坐标，同时设
Figure FDA0003219725750000012
为曲线f0的终点，且总长为
Figure FDA0003219725750000013
并且设
Figure FDA0003219725750000014
为曲线f1以坐标p1为起点，p2为终点，总长为
Figure FDA0003219725750000015
设定过渡曲线起点为曲线f0上离p1距离为L0处的点
Figure FDA0003219725750000016
终点为曲线f1上离p1距离为L1处的点
Figure FDA0003219725750000017
则利用过渡曲线公式计算p(u)；其中，p(u)为过渡曲线在参数u处的三维坐标；
步骤S2：设给定最大过渡长度为L2，过渡误差为ε，u离散总数为N，搜索次数为count，搜索精度为δ，j＝0，则初始可行解Lf＝ε，初始不可行解Ln＝L2，测试解
Figure FDA0003219725750000018
取
Figure FDA0003219725750000019
对所有i＝0,1,…N，计算
Figure FDA00032197257500000110
并利用距离公式求出距离p1的距离e(i)，若min{e(0),e(1),...e(N)}<ε，则取
Figure FDA00032197257500000111
表示新的可行解；否则取
Figure FDA00032197257500000112
步骤S4：利用求解测试解公式重新得到
Figure FDA00032197257500000113
j＝j+1，若j>cout或者
Figure FDA00032197257500000114
则取
Figure FDA00032197257500000115
作为最终解，否则返回重新执行上述步骤S3。
2.根据权利要求1所述的轨迹间的局部光顺过渡方法，其特征在于，所述过渡曲线公式可表示为：
Figure FDA00032197257500000116
其中，u∈(0,1)为参数。
3.根据权利要求2所述的轨迹间的局部光顺过渡方法，其特征在于，所述求解测试解公式可表示为：
Figure FDA0003219725750000021
其中，Lf为初始可行解，Ln为初始不可行解。
4.根据权利要求3所述的轨迹间的局部光顺过渡方法，其特征在于，所述距离公式可表示为：
Figure FDA0003219725750000022
其中，
Figure FDA0003219725750000023
为过渡曲线在参数
Figure FDA0003219725750000024
处的三维坐标。
5.一种轨迹间的局部光顺过渡装置，其特征在于，包括：
第一单元，用于设定
Figure FDA0003219725750000025
表示以坐标p0为起点，曲线f0在路径长度为L处的三维坐标，同时设
Figure FDA0003219725750000026
为曲线f0的终点，且总长为
Figure FDA0003219725750000027
并且设
Figure FDA0003219725750000028
为曲线f1以坐标p1为起点，p2为终点，总长为
Figure FDA0003219725750000029
设定过渡曲线起点为曲线f0上离p1距离为L0处的点
Figure FDA00032197257500000210
终点为曲线f1上离p1距离为L1处的点
Figure FDA00032197257500000211
则利用过渡曲线公式计算p(u)；其中，p(u)为过渡曲线在参数u处的三维坐标；
第二单元，用于设给定最大过渡长度为L2，过渡误差为ε，u离散总数为N，搜索次数为count，搜索精度为δ，j＝0，则初始可行解Lf＝ε，初始不可行解Ln＝L2，测试解
Figure FDA00032197257500000212
第三单元，用于取
Figure FDA00032197257500000213
对所有i＝0,1,…N，计算
Figure FDA00032197257500000214
并利用距离公式求出距离p1的距离e(i)，若min{e(0),e(1),...e(N)}<ε，则取
Figure FDA00032197257500000219
，表示新的可行解；否则取
Figure FDA00032197257500000215
第四单元，用于利用求解测试解公式重新得到
Figure FDA00032197257500000216
j＝j+1，若j>cout或者
Figure FDA00032197257500000217
则取
Figure FDA00032197257500000218
作为最终解，否则返回重新执行所述第三单元。
6.根据权利要求5所述的轨迹间的局部光顺过渡装置，其特征在于，所述过渡曲线公式可表示为：
Figure FDA0003219725750000031
其中，u∈(0,1)为参数。
7.根据权利要求6所述的轨迹间的局部光顺过渡装置，其特征在于，所述求解测试解公式可表示为：
Figure FDA0003219725750000032
其中，Lf为初始可行解，Ln为初始不可行解。
8.根据权利要求7所述的轨迹间的局部光顺过渡装置，其特征在于，所述距离公式可表示为：
Figure FDA0003219725750000033
其中，
Figure FDA0003219725750000034
为过渡曲线在参数
Figure FDA0003219725750000035
处的三维坐标。
9.一种轨迹间的局部光顺过渡设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当至少一个所述程序被至少一个所述处理器执行时实现如权利要求1至4任意一项所述的轨迹间的局部光顺过渡方法。
10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于执行权利要求1至4任意一项所述的轨迹间的局部光顺过渡方法。
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