一种高速高精的路径动态前瞻规划方法技术

本发明专利技术涉及一种高速高精的路径动态前瞻规划方法。初始化过渡圆弧的半径，并进行半径初次调整。然后根据当前过渡圆弧的最大允许速度，判断从前一个过渡圆弧到当前圆弧是加速过程，还是减速过程。如果是加速过程，结合速度规划判断加速到当前圆弧时，能否达到当前圆弧允许的最大速度，如果可以，修改前瞻窗口中的数据，否则调整当前过渡圆弧的半径。如果是减速过程，且从前一个过渡圆弧减速到当前圆弧时的速度，大于当前过渡圆弧允许的最大过渡速度，则从当前圆弧开始，进行反向速度规划，并修改、存储前瞻窗口中的已有数据。最后，将前瞻窗口中的数据传给伺服系统进行加工。本发明专利技术将速度规划与路径规划结合起来，提高了加工速度。

【技术实现步骤摘要】
一种高速高精的路径动态前瞻规划方法
本专利技术涉及数控
的速度规划与路径规划，具体的说是一种高速高精的路径动态前瞻规划方法。
技术介绍
传统数控加工过程中，后置处理软生成加工路径，数控系统按照加工路径，以特定的速度规划方法进行加工。这种路径规划方法与速度规划方法之间没有直接联系、规划过程相分离的加工方式，简化了路径规划与速度规划时需要考虑的因素，但不可避免的减少了二者之间的信息交互。在路径规划时，为了使路径上允许的最大加工速度值最大，通常将轮廓在系统允许的最大误差内调节，但限于加速度、速度规划方式等因素的影响，实际加工时并不一定能够能达到相应的最大加工速度，此时，轮廓精度的损失并不能带来加工速度的提高，出现了低速、低精度的加工现象。现有的路径规划方法主要分为以下几种：一是直接过渡法，这种方法最简单，但加工误差最大。二是单周期的圆弧过渡法，但在过渡点处加工速度会降低，而且轮廓精度难以保证。三是基于矢量的曲线过渡，这种方法不适用于加工长度过短的小线段。四是样条曲线过渡法和样条曲线拟合法。样条曲线过渡法包括Ferguson曲线过渡法、NURBS曲线过渡法，样条曲线拟合法包括NURBS曲线等样条曲线拟合。样条曲线的拟合和插补过程中涉及到的计算量较大，不适用于实时系统。现有的速度规划方法主要有线性速度规划法，铃形速度规划法，钟形速度规划法。其中，铃形、钟形速度规划方法产生的加工速度在实际加工时产生的振动较小，但计算复杂，计算量较大，不适用于实时系统。
技术实现思路
针对由于路径规划与速度规划相分离而对加工产生的不足之处，本专利技术要解决的技术问题是提供一种能够提高加工速度与加工质量的高速高精的路径动态前瞻规划方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种高速高精的路径动态前瞻规划方法，用于有小线段加工功能的数控系统中，包括以下步骤：初始化过渡圆弧的半径，根据当前过渡圆弧半径值与前一个过渡圆弧半径值之间的关系，对当前过渡圆弧的半径值进行初次调整；根据当前过渡圆弧的最大允许速度，判断从前一个过渡圆弧到当前圆弧是加速过程还是减速过程；如果是加速过程，结合速度规划判断加速到当前圆弧时，能否达到当前圆弧允许的最大速度，如果能，则修改前瞻窗口中的数据，否则调整当前过渡圆弧的半径；如果是减速过程，且从前一个过渡圆弧减速到当前圆弧时的速度，大于当前过渡圆弧允许的最大过渡速度，则从当前圆弧开始，进行反向速度规划，并修改、存储前瞻窗口中的已有数据；将前瞻窗口中的数据传给伺服系统进行加工。所述初始化过渡圆弧的半径，具体为：其中，errocontour_max表示系统允许的最大轮廓误差，errochord_max表示系统允许的最大弓高误差，表示线段PmPq的长度，表示线段PnPm的长度，线段PnPm和PmPq为待加工的相邻线段，在拐角PnPmPq处插入过渡圆弧，圆心为点Om，Om与线段PnPm的切点为Q1，为线段PmQ1的长度，θ表示相邻线段的夹角∠PnPmPq的1/2，r表示过渡圆弧半径的初始值。所述对当前过渡圆弧的半径值进行初次调整，具体为：通过为每个相邻线段的交点设置参数ignore_chord表示当前过渡圆弧产生的弓高误差与系统允许的最大弓高误差之间的关系，其值如下：其中，errochord_max表示系统允许的最大弓高误差，为线段P1P5的长度，线段PnPm和PmPq为代加工的相邻线段，Pn-1、Pn、Pm、Pq为相邻小线段的端点，在拐角PnPmPq处插入过渡圆弧，圆心为点Om,半径为rm，线段PmOm与圆弧交于点P1，Q1、Q2为圆心Om与线段PnPm、PmPq的切点，点P5为点Q1、Q2的连线与PmOm的交点，θ为表示相邻线段的夹角∠PnPmPq的1/2；ignore_chord值为1时，表示过渡圆弧的半径减小时，在过渡圆弧上进行插补产生的弓高误差小于系统允许的最大弓高误差，调节半径时只需考虑轮廓误差符合系统要求即可；当ignore_chord值为0时，其中，errocontour_max表示系统允许的最大轮廓误差；如果则过渡圆弧的初始半径值调整为否则过渡圆弧的初始半径值调整为所述根据当前过渡圆弧的最大允许速度，判断从前一个过渡圆弧到当前圆弧是加速过程还是减速过程，具体为：Vm为当前过渡圆弧允许的最大速度，Vn为前一圆弧允许的最大速度，Vn＜Vm为加速过程，否则为减速过程。所述判断加速到当前圆弧时，能否达到当前圆弧允许的最大速度，具体为：Vm为当前过渡圆弧允许的最大速度，Vn为前一圆弧允许的最大速度，在速度Vm的基础上从前一圆弧开始加速，到达当前圆弧后的速度为Vm'，Vm'≤Vm表示能够达到当前圆弧允许的最大速度，Vm'＞Vm表示不能够达到当前圆弧允许的最大速度。所述修改前瞻窗口中的数据，具体为：前瞻窗口中的每一个存储单元存储一个过渡圆弧的位置信息，最大允许速度信息，在最大允许速度调整后，将新的数据值保存在前瞻窗口中。所述调整当前过渡圆弧的半径，具体为：根据自适应调整参数ignore_chord以及采用的速度规划方法，调整每个过渡圆弧的半径值。本专利技术具有以下优点及有益效果：1.提出基于速度规划的路径规划方法提高了加工时的轮廓精度。2.提出基于速度规划的路径规划方法缩短了加工时间，提高了加工效率。3.利用前瞻方法，结合采用的具体的速度规划方式，进一步调整过渡圆弧的半径值，确保加工过程中既可以加速到规划好的路径所允许的最大加工速度，又可以在减速点前进行有效的减速。附图说明图1为圆弧过渡模型示意图；图2为前瞻窗口；图3为系统流程图；图4为传统方法规划的过渡圆弧；图5为传统加工方法的速度曲线；图6为传统方法加工产生的轮廓误差；图7为本专利技术方法规划的过渡圆弧示意图；图8为本专利技术方法加工的速度曲线示意图；图9为本专利技术方法加工产生的轮廓误差。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。步骤1：根据由线段表示的相邻加工路径间的关系，规划出过渡圆弧半径的初始值。假设当前为拐角PnPmPq进行路径规划，errochord_max表示系统允许的最大弓高误差，errocontour_max表示系统允许的最大轮廓误差，此时，erromax值如下所示：erromax＝errocontour_max-errochord_max将erromax带入公式(1)，可得过渡圆弧的初始半径值如下所示：其中，rm为过渡圆弧的半径，θ为相邻线段的夹角(在图1中为∠PnPmPq)的1/2，为线段PmPq的长度，为线段PnPm的长度，为线段PnQ1的长度，Q1、Q2分别为圆Om与线段PnPm、PmPq的切点，r为过渡圆弧的初始半径值。线段PnPm和PmPq为上面说的相邻线段；P1、P2、P3、P4、Q1、Q2、Om为相邻线段确定的点，具体含义如图1所示：图1为圆弧过渡模型，Pn-1、Pn、Pm、Pq为相邻小线段的端点。为了提高圆弧过渡速度，在拐角PnPmPq处插入过渡圆弧，圆心为点Om,半径为rm，线段PmOm与圆弧交于点P1，线段P3P4垂直于直线PmO，交PmO于点P2。线段P2P1的长度表示弓高误差，线段P2Pm的长度表示轮廓误差。如图1所示，Q1、Q2的连线交PmOm于点P5，则有下式成立：为了更有效的调节过渡圆弧半径与过渡圆弧上允本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速高精的路径动态前瞻规划方法，其特征在于，用于有小线段加工功能的数控系统中，包括以下步骤：初始化过渡圆弧的半径，根据当前过渡圆弧半径值与前一个过渡圆弧半径值之间的关系，对当前过渡圆弧的半径值进行初次调整；根据当前过渡圆弧的最大允许速度，判断从前一个过渡圆弧到当前圆弧是加速过程还是减速过程；如果是加速过程，结合速度规划判断加速到当前圆弧时，能否达到当前圆弧允许的最大速度，如果能，则修改前瞻窗口中的数据，否则调整当前过渡圆弧的半径；如果是减速过程，且从前一个过渡圆弧减速到当前圆弧时的速度，大于当前过渡圆弧允许的最大过渡速度，则从当前圆弧开始，进行反向速度规划，并修改、存储前瞻窗口中的已有数据；将前瞻窗口中的数据传给伺服系统进行加工。

【技术特征摘要】
1.一种高速高精的路径动态前瞻规划方法，其特征在于，用于有小线段加工功能的数控系统中，包括以下步骤：初始化过渡圆弧的半径，根据当前过渡圆弧半径值与前一个过渡圆弧半径值之间的关系，对当前过渡圆弧的半径值进行初次调整；根据当前过渡圆弧的最大允许速度，判断从前一个过渡圆弧到当前过渡圆弧是加速过程还是减速过程；如果是加速过程，结合速度规划判断加速到当前过渡圆弧时，能否达到当前过渡圆弧允许的最大速度，如果能，则修改前瞻窗口中的数据，否则调整当前过渡圆弧的半径；如果是减速过程，且从前一个过渡圆弧减速到当前过渡圆弧时的速度，大于当前过渡圆弧允许的最大过渡速度，则从当前过渡圆弧开始，进行反向速度规划，并修改、存储前瞻窗口中的已有数据；将前瞻窗口中的数据传给伺服系统进行加工。2.根据权利要求1所述的一种高速高精的路径动态前瞻规划方法，其特征在于，所述初始化过渡圆弧的半径，具体为：其中，errocontour_max表示系统允许的最大轮廓误差，errochord_max表示系统允许的最大弓高误差，表示线段PmPq的长度，表示线段PnPm的长度，线段PnPm和PmPq为待加工的相邻线段，在拐角PnPmPq处插入过渡圆弧，圆心为点Om，Om与线段PnPm的切点为Q1，为线段PmQ1的长度，θ表示相邻线段的夹角∠PnPmPq的1/2，r表示过渡圆弧半径的初始值。3.根据权利要求1所述的一种高速高精的路径动态前瞻规划方法，其特征在于，所述对当前过渡圆弧的半径值进行初次调整，具体为：通过为每个相邻线段的交点设置参数ignore_chord表示当前过渡圆弧产生的弓高误差与系统允许的最大弓高误差之间的关系，其值如下：其中，errochord_max表示系统允许的最大弓高误差，为线段P1P5的长度，线段PnPm和PmPq为待加工的相邻线段，Pn-1、Pn、Pm、Pq为相邻小线段的端点，在拐角PnPmPq处插入过渡圆弧，圆心为...

【专利技术属性】
技术研发人员：林浒，孙树杰，郑飂默，张娜，赵鸿博，
申请(专利权)人：沈阳高精数控智能技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21