CN116125906A - 一种数控加工的运动规划方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

一种数控加工的运动规划方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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CN116125906A CN202310006119.9A CN202310006119A CN116125906A CN 116125906 A CN116125906 A CN 116125906A CN 202310006119 A CN202310006119 A CN 202310006119A CN 116125906 A CN116125906 A CN 116125906A
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张长青
郭庆鹏
杨光
陈思晗
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Institute Of Ecological Protection And Restoration Chinese Academy Of Forestry Sciences
Research Institute of Wood Industry of Chinese Academy of Forestry
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Abstract

本发明提供了一种数控加工的运动规划方法包括：以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；构建运动学模型；根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。本发明可以保证操作臂末端按照规定的路径和轨迹运动，保证操作臂末端运行轨迹的平滑性及连续性；利用运动学模型可精确地计算出操作臂末端到达期望位姿，提高操作臂的运动精度，实现对工件的精确加工。

Description

一种数控加工的运动规划方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，具体涉及一种数控加工的运动规划方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
近年来，工业机器人作为工业领域中重要的装备，以其结构紧凑、高灵活性、高效率等优点，被广泛应用于装配、搬运和精密零件加工等生产领域。为提高生产效率和产品质量，高速高精度及平稳运动成为衡量工业机器人重要性能指标。近年来机械加工朝着精细化方向不断发展，操作臂也朝着多关节以及多自由度加工方向发展。出现了如图1类似的操作臂，该操作臂包括X轴组件、Z轴组件、A轴组件和B轴组件，X轴组件和Z轴组件为平移关节，A轴组件和B轴组件为转动关节，X轴组件与Z轴组件垂直，X轴组件水平运动，Z轴组件上下运动，B轴组件安装于Z轴组件并带动一连接臂转动，A轴组件安装于连接臂一端并带动四头主轴转动。但对操作臂运动规划精度较低，导致加工出的零件存在成品率低。因此如何提高操作运动规划控制的精度，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例一种数控加工的运动规划方法、装置、设备和存储介质，解决现有的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种数控加工的运动规划方法，该方法包括：
以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；
配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；
根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；
构建运动学模型；
根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；
根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。
一实施例中，所述以关节角运动方程描述操作臂的轨迹包括：
将运动方程设置为：
θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5；
式中，θ(t)为关节角度；a0、a1、a2、a3、a4、a5为各次项的系数；t为时间。
一实施例中，所述配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件包括：
将插补的约束条件设置为：
θ0＝a0；
Figure BDA0004036856710000021
Figure BDA0004036856710000022
Figure BDA0004036856710000023
Figure BDA0004036856710000024
Figure BDA0004036856710000025
式中，θ0为t0时刻的关节角；θf为tf时刻的关节角；
Figure BDA0004036856710000026
为t0时刻的关节角速度；
Figure BDA0004036856710000027
为tf时刻的关节角速度；
Figure BDA0004036856710000028
为t0时刻的关节角加速度；
Figure BDA0004036856710000029
为tf时刻的关节角加速度；
根据运动方程和约束条件，得到各次项系数的值。
一实施例中，所述根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述包括：
确定参考坐标的初始位置；
根据参考坐标建立各关节的坐标，所述关节包括第一平移关节、第二平移关节、第一转动关节和第二转动关节，第一平移关节为第一连杆和第二连杆的连接点，第二平移关节为第二连杆和第三连杆的连接点，第一转动关节为第三连杆与第四连杆的连接点，第二转动关节为第四连杆和操作臂末端的连接点；
分别描述相邻连杆的相对位姿；
将第一连杆的坐标相对于参考坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000031
将第二连杆的坐标相对于第一连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000032
将第三连杆的坐标相对于第二连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000033
将第四连杆的坐标相对于第三连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000034
将操作臂末端相对于操作空间的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000041
式中，d1为第一平移关节的移动长度，d2为第二平移关节的移动长度，d3为第三连杆的长度；d4为第四连杆的长度；S3＝sinθ3；C3＝cosθ3；S4＝sinθ4；C4＝cosθ4；其中θ3为第一转动关节的转动角度；θ4为第二转动关节的转动角度。
一实施例中，所述于根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量包括：
设定操作臂末端的位姿；
根据操作臂末端位姿描述和设定的操作臂末端位置，得到各关节的变化量。
第二方面，本发明提供一种数控加工的运动规划装置，该装置包括：
轨迹描述模块：用于以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；
条件配置模块：用于配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；
轨迹插补模块：用于根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；
模型构建模块：用于构建运动学模型；
位姿描述模块：用于根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；
关节变化量获取模块：用于根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。
一实施例中，所述轨迹描述模块包括：
将运动方程设置为：
θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5；
式中，θ(t)为关节角度；a0、a1、a2、a3、a4、a5为各次项的系数；t为时间。
一实施例中，所述条件配置模块包括：
将插补的约束条件设置为：
θ0＝a0；
Figure BDA0004036856710000051
Figure BDA0004036856710000052
Figure BDA0004036856710000053
Figure BDA0004036856710000054
Figure BDA0004036856710000055
式中，θ0为t0时刻的关节角；θf为tf时刻的关节角；
Figure BDA0004036856710000056
为t0时刻的关节角速度；
Figure BDA0004036856710000057
为tf时刻的关节角速度；
Figure BDA0004036856710000058
为t0时刻的关节角加速度；
Figure BDA0004036856710000059
为tf时刻的关节角加速度；
根据运动方程和约束条件，得到各次项系数的值。
一实施例中，所述位姿描述模块包括：
确定参考坐标的初始位置；
根据参考坐标建立各关节的坐标，所述关节包括第一平移关节、第二平移关节、第一转动关节和第二转动关节，第一平移关节为第一连杆和第二连杆的连接点，第二平移关节为第二连杆和第三连杆的连接点，第一转动关节为第三连杆与第四连杆的连接点，第二转动关节为第四连杆和操作臂末端的连接点；
分别描述相邻连杆的相对位姿；
将第一连杆的坐标相对于参考坐标的位姿描述为：
Figure BDA00040368567100000510
将第二连杆的坐标相对于第一连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000061
将第三连杆的坐标相对于第二连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000062
将第四连杆的坐标相对于第三连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000063
将操作臂末端相对于操作空间的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000064
式中，d1为第一平移关节的移动长度，d2为第二平移关节的移动长度，d3为第三连杆的长度；d4为第四连杆的长度；S3＝sinθ3；C3＝cosθ3；S4＝sinθ4；C4＝cosθ4；其中θ3为第一转动关节的转动角度；θ4为第二转动关节的转动角度。
一实施例中，所述关节变化量获取模块包括：
设定操作臂末端的位姿；
根据操作臂末端位姿描述和设定的操作臂末端位置，得到各关节的变化量。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括：
处理器、存储器、与网关通信的接口；
存储器用于存储程序和数据，所述处理器调用存储器存储的程序，以执行第一方面任一项提供的一种数控加工的运动规划方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括程序，所述程序在被处理器执行时用于执行第一方面任一项提供的一种数控加工的运动规划方法。
从上述描述可知，本发明实施例将轨迹规划和运动学分析串联，通过对操作臂末端运动轨迹的规划可以保证操作臂末端按照规定的路径和轨迹运动，通过插补的形式可以保证操作臂末端运行轨迹的平滑性及连续性；利用运动学模型可精确地计算出操作臂末端到达期望位姿时各个关节的变化量，提高操作臂的运动精度，实现对工件的精确加工。
附图说明
图1为现有操作臂的结构示意图；
图2所示为本发明一实施例提供的方法的流程示意图；
图3所示为本发明轨迹仿真结果的示意图；
图4所示为本发明构建的各关节坐标的示意图；
图5所示为本发明一实施例提供的装置的结构示意图；
图6所示为本发明一实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种数控加工的运动规划方法的具体实施方式，如图2所示，该方法具体包括：
S110：以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；
在操作臂运动过程中，末端执行器的起始位置和终止位置已知，对应获得两位姿(即起始位置和终止位置操作臂末端的位姿)的各个关节角度。通过末端执行器实现两位姿的运动轨迹描述，通过起始点和终止端的关节构建一个轨迹函数(即运动方程)。
S120：配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；
在关节空间中进行轨迹规划，需要给定操作臂在起始点、目标点的形位。约束条件包括角速度限制、角加速度限制及角加速度连续限制。
S130：根据运动方程对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；
运动轨迹的规划在关节空间中进行，对对应的关节进行插值运算，并对中间点进行数据点的密化，使得操作臂末端的运行轨迹形成连续光滑的曲线，进而保证操作臂按照规划的路径和轨迹运动，避免急速的运动加剧机构的磨损以及加速度突变可能引起的操作系统共振，确保操作臂运动的平滑性。
S140：构建运动学模型；
为各关节指定一个参考坐标系，通常对于每个关节均需指定一个Z轴和X轴，确定任意两个相邻坐标系之间的变换关系，得到模型参数，并根据模型参数构建运动学模型。
S150：根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；
根据运动学模型构建操作臂的坐标系，当关节(关节即为两连杆之间的连接)的坐标系不在参考坐标系原点时，在该关节坐标系原点与参考坐标系原点做一个矢量(位置矢量)来表示该坐标系的位置，该关节坐标系相对于参考坐标系的方向有9个标量，得到关节坐标系相对于参考坐标系的旋转矩阵，将位置矢量与旋转矩阵结合得到描述该关节位姿的位姿矩阵，通过描述操作臂连杆末端坐标系与参考坐标系的位姿变化，即可得到操作臂末端位姿的描述。
S160：根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动；
已知操作臂末端的位姿，通过反解得到各关节的关节变化量，关节变化量包括平移变化量和旋转变化量。各关节的变化量即期望各关节的变化量，也是执行单元的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。
在本实施例中，将轨迹规划和运动学分析串联，通过对操作臂末端运动轨迹的规划可以保证操作臂末端按照规定的路径和轨迹运动，通过插补的形式可以保证操作臂末端运行轨迹的平滑性及连续性；利用运动学模型可精确地计算出操作臂末端到达期望位姿时各个关节的变化量，提高操作臂的运动精度，实现对工件的精确加工。
在本发明一实施例中，
将运动方程设置为：
θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5；
式中，θ(t)为关节角度；a0、a1、a2、a3、a4、a5为各次项的系数；t为时间；
将插补的约束条件设置为：
θ0＝a0；
Figure BDA0004036856710000091
Figure BDA0004036856710000092
Figure BDA0004036856710000093
Figure BDA0004036856710000094
Figure BDA0004036856710000095
式中，θ0为t0时刻的关节角；θf为tf时刻的关节角；
Figure BDA0004036856710000096
为t0时刻的关节角速度；
Figure BDA0004036856710000097
为tf时刻的关节角速度；
Figure BDA0004036856710000098
为t0时刻的关节角加速度；
Figure BDA0004036856710000099
为tf时刻的关节角加速度；
根据运动方程和约束条件，得到各次项系数的值；
各次项系数的结果为：
a0＝θ0；
Figure BDA0004036856710000101
Figure BDA0004036856710000102
Figure BDA0004036856710000103
Figure BDA0004036856710000104
Figure BDA0004036856710000105
在本实施例中，在插补过程中共设置了六个边界条件，即起始位置的关节角、关节角速度和关节角加速度。并给出了各个参数的计算规则，通过此规则当设定好关节起始点关节角和终止点关节角和运动时间后，对关节进行仿真测试，最终结果如图3所示，表明各关节的关节角、关节角速度和关节角加速度曲线都是连续光滑的，因此不会发生系统的奇异性问题。
在本发明一实施例中，根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述包括：
确定参考坐标的初始位置；
根据参考坐标建立各关节的坐标(如图4所示)，关节包括第一平移关节、第二平移关节、第一转动关节和第二转动关节，第一平移关节为第一连杆和第二连杆的连接点，第二平移关节为第二连杆和第三连杆的连接点，第一转动关节为第三连杆与第四连杆的连接点，第二转动关节为第四连杆和操作臂末端的连接点；
分别描述相邻连杆的相对位姿；
将第一连杆的坐标相对于参考坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000106
将第二连杆的坐标相对于第一连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000111
将第三连杆的坐标相对于第二连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000112
将第四连杆的坐标相对于第三连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000113
将操作臂末端相对于操作空间的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000114
式中，d1为第一平移关节的移动长度，d2为第二平移关节的移动长度，d3为第三连杆的长度；d4为第四连杆的长度；S3＝sinθ3；C3＝cosθ3；S4＝sinθ4；C4＝cosθ4；其中θ3为第一转动关节的转动角度；θ4为第二转动关节的转动角度。
在本实施例中，可以将操作臂关节坐标系的坐标转换到操作臂末端的位置和姿态之间的映射，通过给定各关节的变化量(移动长度和转动角度)，即可得到操作臂末端的位置和姿态，从运动学正解的角度实现对操作臂的控制。
在本发明一实施例中，根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动包括：
设定操作臂末端的位姿，并表示为：
Figure BDA0004036856710000121
式中；nx，ny和nz为操作臂末端的法线向量；ox，oy和oz为操作臂的指向向量；ax，ay和az为操作臂末端的接近向量；px，py和pz为操作臂的位置向量；
根据操作臂末端位姿描述和设定的操作臂末端位置，得到各关节的变化量；
其具体的推导过程如下：
令
Figure BDA0004036856710000122
得到：
py＝-d2-d4S3；
pz＝d1+d4C3；
ay＝-S3；
az＝C3；
nx＝S4；
ox＝C4；
进而得到个关节的变化量，向量
Figure BDA0004036856710000123
各关节的变化量即期望各关节的变化量，也是执行单元的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。
在本实施例中，可以设定操作臂末端的位姿，通过上述计算规则即可得到第一平移关节、第二平移关节的移动量以及第一转动关节和第二转动关节的旋转角度，进而控制各个关节运动，得到设定的操作臂末端位姿。
基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种数控加工的运动规划装置，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例所述。由于装置解决问题的原理与方法相似，因此装置的实施可以参见方法实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本发明提供了一种数控加工的运动规划装置，如图5所示。在图5中，该装置包括：
轨迹描述模块210：用于以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；
条件配置模块220：用于配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；
轨迹插补模块230：用于根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；
模型构建模块240：用于构建运动学模型；
位姿描述模块250：用于根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；
关节变化量获取模块260：用于根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。
在本发明一实施例中，轨迹描述模块210包括：
将运动方程设置为：
θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5；
式中，θ(t)为关节角度；a0、a1、a2、a3、a4、a5为各次项的系数；t为时间。
在本发明一实施例中，条件配置模块220包括：
将插补的约束条件设置为：
θ0＝a0；
Figure BDA0004036856710000141
Figure BDA0004036856710000142
Figure BDA0004036856710000143
Figure BDA0004036856710000144
Figure BDA0004036856710000145
式中，θ0为t0时刻的关节角；θf为tf时刻的关节角；
Figure BDA0004036856710000146
为t0时刻的关节角速度；
Figure BDA0004036856710000147
为tf时刻的关节角速度；
Figure BDA0004036856710000148
为t0时刻的关节角加速度；
Figure BDA0004036856710000149
为tf时刻的关节角加速度；
根据运动方程和约束条件，得到各次项系数的值。
在本发明一实施例中，位姿描述模块250包括：
确定参考坐标的初始位置；
根据参考坐标建立各关节的坐标，所述关节包括第一平移关节、第二平移关节、第一转动关节和第二转动关节，第一平移关节为第一连杆和第二连杆的连接点，第二平移关节为第二连杆和第三连杆的连接点，第一转动关节为第三连杆与第四连杆的连接点，第二转动关节为第四连杆和操作臂末端的连接点；
分别描述相邻连杆的相对位姿；
将第一连杆的坐标相对于参考坐标的位姿描述为：
Figure BDA00040368567100001410
将第二连杆的坐标相对于第一连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA00040368567100001411
将第三连杆的坐标相对于第二连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000151
将第四连杆的坐标相对于第三连杆的坐标的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000152
将操作臂末端相对于操作空间的位姿描述为：
Figure BDA0004036856710000153
式中，d1为第一平移关节的移动长度，d2为第二平移关节的移动长度，d3为第三连杆的长度；d4为第四连杆的长度；S3＝sinθ3；C3＝cosθ3；S4＝sinθ4；C4＝cosθ4；其中θ3为第一转动关节的转动角度；θ4为第二转动关节的转动角度。
在本发明一实施例中，关节变化量获取模块260包括：
设定操作臂末端的位姿；
根据操作臂末端位姿描述和设定的操作臂末端位置，得到各关节的变化量。
本申请的实施例还提供能够实现上述实施例中的方法中全部步骤的一种电子设备的具体实施方式，参见图6，电子设备300具体包括如下内容：
处理器310、存储器320、通信单元330和总线340；
其中，处理器310、存储器320、通信单元330通过总线340完成相互间的通信；通信单元330用于实现服务器端设备以及终端设备等相关设备之间的信息传输。
处理器310用于调用存储器320中的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中的方法中的全部步骤。
本领域普通技术人员应理解：存储器可以是，但不限于，随机存取存储器(RandomAccess Memory，简称：RAM)，只读存储器(Read Only Memory，简称：ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，简称：PROM)，可擦除只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称：EPROM)，电可擦除只读存储器(ElectricErasable Programmable Read-Only Memory，简称：EEPROM)等。其中，存储器用于存储程序，处理器在接收到执行指令后，执行程序。进一步地，上述存储器内的软件程序以及模块还可包括操作系统，其可包括各种用于管理系统任务(例如内存管理、存储设备控制、电源管理等)的软件组件和/或驱动，并可与各种硬件或软件组件相互通信，从而提供其它软件组件的运行环境。
处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称：CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称：NP)等。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括程序，所述程序在被处理器执行时用于执行前述任一方法实施例提供的方法。
本领域普通技术人员应理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，具体的介质类型本申请不做限制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种数控加工的运动规划方法，其特征在于，所述方法包括：
以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；
配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；
根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；
构建运动学模型；
根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；
根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。
2.如权利要求1所述的一种数控加工的运动规划方法，其特征在于，所述以关节角运动方程描述操作臂的轨迹包括：
将运动方程设置为：
θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5；
式中，θ(t)为关节角度；a0、a1、a2、a3、a4、a5为各次项的系数；t为时间。
3.如权利要求1所述的一种数控加工的运动规划方法，其特征在于，所述配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件包括：
将插补的约束条件设置为：
θ0＝a0；
Figure FDA0004036856700000011
Figure FDA0004036856700000012
Figure FDA0004036856700000013
Figure FDA0004036856700000014
Figure FDA0004036856700000015
式中，θ0为t0时刻的关节角；θf为tf时刻的关节角；
Figure FDA0004036856700000016
为t0时刻的关节角速度；
Figure FDA0004036856700000021
为tf时刻的关节角速度；
Figure FDA0004036856700000022
为t0时刻的关节角加速度；
Figure FDA0004036856700000023
为tf时刻的关节角加速度；
根据运动方程和约束条件，得到各次项系数的值。
4.如权利要求1所述的一种数控加工的运动规划方法，其特征在于，所述根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述包括：
确定参考坐标的初始位置；
根据参考坐标建立各关节的坐标，所述关节包括第一平移关节、第二平移关节、第一转动关节和第二转动关节，第一平移关节为第一连杆和第二连杆的连接点，第二平移关节为第二连杆和第三连杆的连接点，第一转动关节为第三连杆与第四连杆的连接点，第二转动关节为第四连杆和操作臂末端的连接点；
分别描述相邻连杆的相对位姿；
将第一连杆的坐标相对于参考坐标的位姿描述为：
Figure FDA0004036856700000024
将第二连杆的坐标相对于第一连杆的坐标的位姿描述为：
Figure FDA0004036856700000025
将第三连杆的坐标相对于第二连杆的坐标的位姿描述为：
Figure FDA0004036856700000026
将第四连杆的坐标相对于第三连杆的坐标的位姿描述为：
Figure FDA0004036856700000031
将操作臂末端相对于操作空间的位姿描述为：
Figure FDA0004036856700000032
式中，d1为第一平移关节的移动长度，d2为第二平移关节的移动长度，d3为第三连杆的长度；d4为第四连杆的长度；S3＝sinθ3；C3＝cosθ3；S4＝sinθ4；C4＝cosθ4；其中θ3为第一转动关节的转动角度；θ4为第二转动关节的转动角度。
5.如权利要求1所述的一种数控加工的运动规划方法，其特征在所述于根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量包括：
设定操作臂末端的位姿；
根据操作臂末端位姿描述和设定的操作臂末端位置，得到各关节的变化量。
6.一种数控加工的运动规划装置，其特征在于，该装置包括：
轨迹描述模块：用于以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；
条件配置模块：用于配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；
轨迹插补模块：用于根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；
模型构建模块：用于构建运动学模型；
位姿描述模块：用于根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；
关节变化量获取模块：用于根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。
7.如权利要求7所述的一种数控加工的运动规划装置，其特征在于，所述轨迹描述模块包括：
将运动方程设置为：
θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5；
式中，θ(t)为关节角度；a0、a1、a2、a3、a4、a5为各次项的系数；t为时间。
8.如权利要求7所述的一种数控加工的运动规划装置，其特征在于，所述条件配置模块包括：
将插补的约束条件设置为：
θ0＝a0；
Figure FDA0004036856700000041
Figure FDA0004036856700000042
Figure FDA0004036856700000043
Figure FDA0004036856700000044
Figure FDA0004036856700000045
式中，θ0为t0时刻的关节角；θf为tf时刻的关节角；
Figure FDA0004036856700000046
为t0时刻的关节角速度；
Figure FDA0004036856700000047
为tf时刻的关节角速度；
Figure FDA0004036856700000048
为t0时刻的关节角加速度；
Figure FDA0004036856700000049
为tf时刻的关节角加速度；
根据运动方程和约束条件，得到各次项系数的值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器、存储器、与网关通信的接口；
存储器用于存储程序和数据，所述处理器调用存储器存储的程序，以执行权利要求1至5任一项所述的一种数控加工的运动规划方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括程序，所述程序在被处理器执行时用于执行权利要求1至5任一项所述的一种数控加工的运动规划方法。
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