專利名稱：一種用于數控系統的連續軌跡段間銜接速度處理方法
技術領域：
本發明涉及數控系統領域中的軌跡規劃方法，特別是數控機床和機器人運動控制 技術中一種用于數控系統的連續軌跡段間銜接速度處理方法。
背景技術：
在數控機床加工和機器人運動控制中，軌跡規劃占有重要的地位。在機床加工中， 軌跡規劃主要是對機床的速度進行規劃。對于連續切削的數控機床，進給速度的控制意義 重大。它不僅直接影響加工零件的粗糙度和精度，而且與刀具和機床的壽命、生產效率密切 相關。在機器人運動控制中，機器人運行過程要求動作連續平滑且能夠順利避開障礙物。在實際中，數控機床的加工和機器人的運動一般由多段運動軌跡組成，如果對每 段待加工的軌跡都采用從靜止加速到目標速度，再減速到零的軌跡規劃方法，將降低平均 進給速度，影響加工效率；而且由于電動機的頻繁啟停和加減速運轉，不但造成工件表面粗 糙、精度低，而且加大電機負荷，降低電機壽命。目前，為解決上述問題主要采用連續軌跡規劃方法。在連續軌跡規劃方法中，常用 的加減速控制方法主要是S曲線加減速控制方法。但是現有的連續軌跡段間銜接速度的算 法，并沒有考慮將基于S曲線加減速控制的相鄰兩段軌跡的路徑長度作為約束條件，導致 在相鄰兩段軌跡銜接點處的實際進給速度達不到預先計算的速度，相鄰兩段軌跡段間的銜 接速度產生突變，進給速度在相鄰兩段軌跡段間不能夠平滑銜接；在零件加工完成時，刀具 速度不能及時降到零，產生過切。
發明內容
本發明的目的旨在提供一種用于數控系統的連續軌跡段間銜接速度處理方法，使 得在相鄰兩段軌跡銜接點處的實際進給速度能夠到達預先計算的速度，即相鄰兩段軌跡段 間能夠平滑銜接。數控系統在做S曲線加減速控制時，不需要反復做末點速度可達性判斷 和調整，從而提高數控系統加減速控制效率。為實現上述目標，本發明所采用的技術方案如下數控設備中的數控系統對數控代碼程序進行譯碼處理，并將譯碼結果存儲到譯碼 緩沖區，利用譯碼緩沖區中的程序段信息對待加工的連續軌跡段間銜接速度處理，使得數 控設備加工軌跡連續，速度平滑，所述連續軌跡段間銜接速度處理方法，包括以下步驟(1)確定相鄰兩段軌跡銜接模型，并獲取待加工的相鄰兩段軌跡的運動參數；(2)計算待加工的相鄰兩段軌跡的路徑長度；(3)計算在加速度、弓高誤差、指令進給速度和拐角約束條件下的相鄰兩段軌跡的 銜接點的速度；(4)計算滿足基于S曲線加減速控制的相鄰兩段軌跡中的前段軌跡的路徑長度約 束條件的相鄰兩段軌跡的銜接點的速度；(5)計算滿足基于S曲線加減速控制的相鄰兩段軌跡中的后段軌跡的路徑長度約束條件的相鄰兩段軌跡的銜接點的速度，并作為相鄰兩段軌跡段間銜接速度的最終值。所述待加工的相鄰兩段軌跡的路徑長度包括直線路徑長度和圓弧路徑長度；所述 圓弧路徑長度的計算步驟包括(2. 1)計算在圓弧初始點處主法線單位矢量與工件坐標系 的水平坐標軸的正方向夾角，(2.2)計算在圓弧末點處主法線單位矢量與工件坐標系的水 平坐標軸的正方向夾角，(2. 3)計算圓弧路徑長度；(2. 1)計算在圓弧初始點處主法線單位矢量斤與工件坐標系的水平坐標軸的正 方向夾角α i s
權利要求
1.一種用于數控系統的連續軌跡段間銜接速度處理方法，數控設備中的數控系統對數 控代碼程序進行譯碼處理，并將譯碼結果存儲到譯碼緩沖區，其特征在于，利用譯碼緩沖區 中的程序段信息對待加工的連續軌跡段間銜接速度處理，使得數控設備加工軌跡連續，速 度平滑，所述連續軌跡段間銜接速度處理方法，包括以下步驟(1)確定相鄰兩段軌跡銜接模型，并獲取待加工的相鄰兩段軌跡的運動參數；(2)計算待加工的相鄰兩段軌跡的路徑長度；(3)計算在加速度、弓高誤差、指令進給速度和拐角約束條件下的相鄰兩段軌跡的銜接 點的速度；(4)計算滿足基于S曲線加減速控制的相鄰兩段軌跡中的前段軌跡的路徑長度約束條 件的相鄰兩段軌跡的銜接點的速度；(5)計算滿足基于S曲線加減速控制的相鄰兩段軌跡中的后段軌跡的路徑長度約束條 件的相鄰兩段軌跡的銜接點的速度，并作為相鄰兩段軌跡段間銜接速度的最終值。
2.根據權利要求1所述的一種用于數控系統的連續軌跡段間銜接速度處理方法，其特 征在于，所述待加工的相鄰兩段軌跡的路徑長度包括直線路徑長度和圓弧路徑長度；所述 圓弧路徑長度的計算步驟包括(2. 1)計算在圓弧初始點處主法線單位矢量與工件坐標系 的水平坐標軸的正方向夾角，(2.2)計算在圓弧末點處主法線單位矢量與工件坐標系的水 平坐標軸的正方向夾角，(2. 3)計算圓弧路徑長度；(2. 1)計算在圓弧初始點處主法線單位矢量A .、與工件坐標系的水平坐標軸的正方向 夾角α i s sm OL1 cos aty.^-y,RιXi _c —R.(1) (2)其中i = 1，2，3..^力表示待加工的軌跡段數目；(Xi，yi)為第i段軌跡初始點坐標； (Xi—。，y^e)為當第i段軌跡為圓弧時圓弧的圓心坐標；Ri為當第i段軌跡為圓弧時圓弧的 半徑，由公式⑴和(2)得Ciis的計算公式為a =/ .νarccos α, Λ(sin s > 0)arcsin at v + 2π (cos α v < 0)(3)arcsin J + ( 他) (2.2)計算在圓弧末點處主法線單位矢量兩,,,與工件坐標系的水平坐標軸的正方向夾角αsm OC, e =yic-yM ^R1 ~“COS CC1 e=·Xi c~ X\ +1Ri(4)(5)其中(xi+1，yi+1)為第i段軌跡末點坐標 由公式⑷和(5)得α “的計算公式為
3.根據權利要求1所述的一種用于數控系統的連續軌跡段間銜接速度處理方法，其特 征在于，所述基于S曲線加減速控制的相鄰兩段軌跡中的前段軌跡的路徑長度約束條件為 不等式組(8)、(9)和(10)
4.根據權利要求1所述的一種用于數控系統的連續軌跡段間銜接速度處理方法，其特 征在于，所述基于S曲線加減速控制的相鄰兩段軌跡中的后段軌跡的路徑長度約束條件為 不等式組(14)、(15)和(16)
全文摘要
本發明公開了一種用于數控系統的連續軌跡段間銜接速度處理方法，包括步驟確定相鄰兩段軌跡銜接模型，并獲取待加工的相鄰兩段軌跡的運動參數；計算待加工的相鄰兩段軌跡的路徑長度；計算在加速度、弓高誤差、指令進給速度和拐角約束條件下的相鄰兩段軌跡的銜接點的速度；計算滿足基于S曲線加減速控制的相鄰兩段軌跡中的前段軌跡的路徑長度約束條件的相鄰兩段軌跡的銜接點的速度；計算滿足基于S曲線加減速控制的相鄰兩段軌跡中的后段軌跡的路徑長度約束條件的相鄰兩段軌跡的銜接點的速度，并作為相鄰兩段軌跡段間銜接速度的最終值。本發明方法為數控設備提供了一種連續軌跡段間銜接速度處理方法，使數控設備加工軌跡連續，速度平滑。
文檔編號G05B19/18GK102141794SQ201110045938
公開日2011年8月3日 申請日期2011年2月25日 優先權日2011年2月25日
發明者孫紅濤, 朱江新, 潘海鴻, 蔣敬杰, 譚華卿, 陳琳 申請人:廣西大學