用于嵌入式數(shù)控設(shè)備的柔性加減速控制插補(bǔ)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于嵌入式數(shù)控設(shè)備的柔性加減速控制插補(bǔ)方法，適用于數(shù)控加工和機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】，其中包括對(duì)輸入的運(yùn)動(dòng)路徑信息進(jìn)行前瞻處理，確定每段運(yùn)動(dòng)路徑插補(bǔ)所需要的相關(guān)參數(shù)；對(duì)每段運(yùn)動(dòng)路徑按照直線加減速模型進(jìn)行速度規(guī)劃并通過插補(bǔ)計(jì)算得到每個(gè)插補(bǔ)周期的插補(bǔ)長(zhǎng)度；以直線加減速插補(bǔ)計(jì)算得到的插補(bǔ)長(zhǎng)度進(jìn)行柔性處理，通過簡(jiǎn)單運(yùn)算實(shí)現(xiàn)加速度平滑過渡，從而得到一種具有柔性加減速控制的插補(bǔ)方法，可用于高速高精度運(yùn)動(dòng)的嵌入式數(shù)控設(shè)備。
【專利說明】用于嵌入式數(shù)控設(shè)備的柔性加減速控制插補(bǔ)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控加工和機(jī)器人【技術(shù)領(lǐng)域】中的數(shù)字控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制方法，具體地說是用于嵌入式數(shù)控設(shè)備的柔性加減速控制插補(bǔ)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字控制系統(tǒng)的速度規(guī)劃方法對(duì)數(shù)控機(jī)床零件加工質(zhì)量和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大影響，如果速度規(guī)劃方法不合理，加速度發(fā)生較大的突變，極易使數(shù)控設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響零件加工精度和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度。常用的速度規(guī)劃方法主要有直線加減速模型速度規(guī)劃方法和S形曲線加減速模型的速度規(guī)劃方法。
[0003]直線加減速模型比較簡(jiǎn)單，計(jì)算量較小，編程簡(jiǎn)單，算法容易實(shí)現(xiàn)，機(jī)床和機(jī)器人的響應(yīng)速度快，機(jī)床數(shù)控加工和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)效率高，但是在加減速過程中加速度會(huì)產(chǎn)生突變，對(duì)機(jī)床和機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生沖擊，影響運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和運(yùn)動(dòng)精度，因此不適合高速高精度運(yùn)動(dòng)數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人設(shè)備。S形曲線加減速模型的速度規(guī)劃方法由于加速度連續(xù)變化，數(shù)控設(shè)備運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)精度高，因此適用于高速高精度控制的數(shù)字控制系統(tǒng)，但S形曲線加減速模型是一個(gè)三階分段多項(xiàng)式，一個(gè)完整的S形曲線加減速模型由七個(gè)階段組成，在S形曲線加減速模型速度規(guī)劃過程中，根據(jù)運(yùn)動(dòng)路徑長(zhǎng)度對(duì)模型進(jìn)行分段求解，計(jì)算量大，編程復(fù)雜，需要的系統(tǒng)資源大，耗費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)于嵌入式數(shù)控設(shè)備而言，由于系統(tǒng)資源有限，從而影響速度規(guī)劃和插補(bǔ)計(jì)算的實(shí)時(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)字控制系統(tǒng)直線加減速模型的速度規(guī)劃中存在加速度突變致使運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)數(shù)控設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊以及S形曲線加減速模型的速度規(guī)劃中計(jì)算量大，算法復(fù)雜，需要系統(tǒng)資源大，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)等問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種有效地降低數(shù)字控制系統(tǒng)在數(shù)控設(shè)備高速運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊，縮短S形曲線加減速的速度規(guī)劃時(shí)間，實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備柔性加減速控制的插補(bǔ)計(jì)算方法。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)系統(tǒng)資源要求低，有效實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的高速高平穩(wěn)和高精度運(yùn)動(dòng)，可應(yīng)用于高速高精度加工的數(shù)控機(jī)床和高精度運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人領(lǐng)域。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]包括以下步驟:對(duì)輸入的運(yùn)動(dòng)路徑信息進(jìn)行前瞻處理，確定每段運(yùn)動(dòng)路徑所需的相關(guān)參數(shù)；對(duì)每段運(yùn)動(dòng)路徑按照直線加減速模型進(jìn)行速度規(guī)劃并通過插補(bǔ)計(jì)算得到每個(gè)插補(bǔ)周期的插補(bǔ)長(zhǎng)度；以直線加減速插補(bǔ)計(jì)算得到的插補(bǔ)長(zhǎng)度進(jìn)行平滑處理，得到每個(gè)插補(bǔ)周期的插補(bǔ)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)一種具有柔性加減速控制的插補(bǔ)方法；將插補(bǔ)數(shù)據(jù)傳給伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制。
[0007]所述的對(duì)輸入的運(yùn)動(dòng)路徑信息進(jìn)行前瞻處理是指確定每段運(yùn)動(dòng)路徑的起點(diǎn)速度、終點(diǎn)速度、允許的最大速度和柔性化處理的柔化長(zhǎng)度。根據(jù)相鄰線段之間的夾角大小和動(dòng)力學(xué)特性，確定轉(zhuǎn)接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)平滑過渡所允許的速度，其中包括每段運(yùn)動(dòng)路徑所允許的最大起始速度和終點(diǎn)速度；根據(jù)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)路徑距離確定本段路徑的最大速度；根據(jù)系統(tǒng)最大加加速度確定每段運(yùn)動(dòng)路徑柔性化處理的柔化長(zhǎng)度。
[0008]所述的根據(jù)系統(tǒng)最大加加速度確定每段運(yùn)動(dòng)路徑柔性化處理的柔化長(zhǎng)度是指根據(jù)直線加減速模型速度規(guī)劃方法得到的第i段運(yùn)動(dòng)路徑的第二個(gè)插補(bǔ)周期和第三個(gè)插補(bǔ)
周期的速度確定柔化長(zhǎng)度，其柔化長(zhǎng)度可表示為:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種用于嵌入式數(shù)控設(shè)備的柔性加減速控制插補(bǔ)方法，包括:對(duì)輸入的運(yùn)動(dòng)路徑信息進(jìn)行前瞻處理，確定每段運(yùn)動(dòng)路徑所需要的參數(shù)；對(duì)每段運(yùn)動(dòng)路徑按照直線加減速模型進(jìn)行速度規(guī)劃并通過插補(bǔ)計(jì)算得到每個(gè)插補(bǔ)周期的插補(bǔ)長(zhǎng)度；以直線加減速插補(bǔ)計(jì)算得到的插補(bǔ)長(zhǎng)度進(jìn)行平滑處理，通過簡(jiǎn)單運(yùn)算實(shí)現(xiàn)加速度平滑過渡，得到每個(gè)插補(bǔ)周期的插補(bǔ)數(shù)據(jù)；將插補(bǔ)數(shù)據(jù)傳給伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)輸入的運(yùn)動(dòng)路徑信息進(jìn)行前瞻處理是指確定每段運(yùn)動(dòng)路徑的起點(diǎn)速度、終點(diǎn)速度、允許的最大速度和柔性化處理的柔化長(zhǎng)度。根據(jù)相鄰線段之間的夾角大小和動(dòng)力學(xué)特性，確定轉(zhuǎn)接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)平滑過渡所允許的速度，其中包括每段運(yùn)動(dòng)路徑所允許的最大起始速度和終點(diǎn)速度；根據(jù)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)路徑距離確定本段路徑的最大速度；根據(jù)系統(tǒng)最大加加速度確定每段運(yùn)動(dòng)路徑柔性化處理的柔化長(zhǎng)度； 所述的根據(jù)系統(tǒng)最大加加速度確定每段運(yùn)動(dòng)路徑柔性化處理的柔化長(zhǎng)度是指根據(jù)直線加減速模型速度規(guī)劃方法得到的第i段運(yùn)動(dòng)路徑的第二個(gè)插補(bǔ)周期和第三個(gè)插補(bǔ)周期的速度確定柔化長(zhǎng)度，其柔化長(zhǎng)度可表示為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)每段運(yùn)動(dòng)路徑按照直線加減速模型進(jìn)行速度規(guī)劃并通過插補(bǔ)計(jì)算得到每個(gè)插補(bǔ)周期的插補(bǔ)長(zhǎng)度是指采用直線加減速控制方法對(duì)每段運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行速度規(guī)劃，然后根據(jù)直線加減速速度規(guī)劃的速度值進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算； 所述采用直線加減速控制方法對(duì)對(duì)每段運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行速度規(guī)劃是指根據(jù)所輸入的運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度判斷直線加減速類型的三個(gè)階段，如加速段、勻速段和減速段，根據(jù)加減速類型進(jìn)行速度規(guī)劃，各個(gè)階段的速度可以表示為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以直線加減速插補(bǔ)計(jì)算得到的插補(bǔ)長(zhǎng)度進(jìn)行平滑處理是指對(duì)直線加減速速度規(guī)劃得到的插補(bǔ)長(zhǎng)度進(jìn)行柔性化處理，通過簡(jiǎn)單運(yùn)算實(shí)現(xiàn)加速度平滑過渡，從而避免由于插補(bǔ)長(zhǎng)度發(fā)生較大變化引起速度發(fā)生較大波動(dòng)； 所述對(duì)直線加減速速度規(guī)劃得到的插補(bǔ)長(zhǎng)度進(jìn)行柔性化處理的具體過程為:對(duì)所輸入的運(yùn)動(dòng)路徑按照直線加減速進(jìn)行插補(bǔ)計(jì)算得到的插補(bǔ)長(zhǎng)度序列進(jìn)行柔性化處理，得到一種類似S形曲線的柔性加減速控制的插補(bǔ)計(jì)算方法，其柔性處理后得到的每個(gè)插補(bǔ)周期的插補(bǔ)長(zhǎng)度序列為:

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將插補(bǔ)數(shù)據(jù)傳給伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)是指將柔化處理后的插補(bǔ)長(zhǎng)度經(jīng)過精插補(bǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)傳給伺服驅(qū)動(dòng)器，由驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制。
【文檔編號(hào)】G05B19/4103GK103941647SQ201410145660
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月2日
【發(fā)明者】吳婷, 張禮兵, 黃風(fēng)立 申請(qǐng)人:嘉興學(xué)院