一种适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法，其包括以下步骤：(1)将数控机床或者机器人控制系统中的插补模块预读出的N段代码作为一个速度规划单元，构造N段连续曲线；其中N为正整数；(2)对构造的各个连续曲线段进行统一的速度规划参数化；(3)选择速度规划算法；(4)根据选择的速度规划算法对速度规划参数进行建模，以得到速度规划参数的数学模型；(5)确定各个速度规划参数的数值范围；(6)依据所述数学模型及各个速度规划参数的取值范围，采用优化工具求取各个速度规划参数的数值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于运动控制中的速度规划参数选择技术相关领域，更具体地，涉及一种适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法。
技术介绍
速度规划是数控系统和机器人控制系统中插补模块的最基本步骤，通过合理的速度规划，可以提升数控机床和机器人运动的精度和平滑性。随着数控技术和机器人技术的发展，加工产品复杂性的提高，多项式线条曲线、Bezier曲线及NURBS曲线等参数曲线与直线、弧线直接混合共用是插补过程中一个不可避免的趋势，而基于不同类型的曲线的不同特性，在进行速度规划的时候不可避免会在各曲线之间的过渡点处产生残差，从而出现精度达不到或者运动速度出现跃变等情况，而速度规划的不连贯性，势必导致加工产品表面质量和加工效率的降低。目前，对于连续混合曲线的速度规划主要采用分段速度规划和整体速度规划两种方式，而这两种方式都涉及到混合曲线段衔接，且均会导致不同程度的误差。其中，采用分段速度规划势必会使衔接点处产生停顿，而整体速度规划则因插补周期为固定小数，易导致曲线的插补点遗漏，进而引起残差。对于残差，大部分速度规划方法采用的方法是求取总的残差再对残差进行相应的补偿，然而，目前常规的残差补偿方法一方面会产生其他方面的误差，另一个方面，残差补偿方法大都复杂，可能涉及到迭代运算，计算量大，且不能从整体各曲线的特性来进行考虑，导致不能保证某特定曲线段或者相应过渡点处的平稳运行，从而影响数控系统和机器人控制系统的整体的效率和平滑性。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法，其基于混合曲线的速度规划特点，针对适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法进行了设计。所述速度规划参数选择方法采用对速度规划参数建模，通过优化工具优化求解，实现了对低残差的速度规划中各个参数的选择与求解，简化了整个速度规划步骤，避免了繁琐的残差补偿过程，运算量小且简单；综合考虑了各个曲线段，充分利用了各个曲线段特性，提高了速度平滑性及插补连续性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法，其包括以下步骤：(1)将数控机床或者机器人控制系统中的插补模块预读出的N段代码作为一个速度规划单元，构造N段连续曲线；其中N为正整数；(2)对构造的各个连续曲线段进行统一的速度规划参数化；(3)选择速度规划算法；(4)根据选择的速度规划算法对速度规划参数进行建模，以得到速度规划参数的数学模型；(5)确定各个速度规划参数的数值范围；(6)依据所述数学模型及各个速度规划参数的取值范围，采用优化工具求取各个速度规划参数的数值。进一步的，所述速度规划算法包含T型速度规划算法、S型速度规划算法及正弦型速度规划算法。进一步的，所述速度规划参数选择方法选用T型速度规划算法。进一步的，所述速度规划参数包括插补周期、目标速度及加速度。进一步的，所述优化工具为1stOPT。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法，其采用对速度规划参数建模，通过优化工具优化求解，实现了对低残差的速度规划中各个参数的选择与求解，简化了整个速度规划步骤，避免了繁琐的残差补偿过程，运算量小且简单；综合考虑了各个曲线段，充分利用了各个曲线段的特性，提高了速度平滑性及插补连续性。附图说明图1是本专利技术较佳实施方式提供的适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法的流程示意图。图2是图1中的速度规划参数选择方法涉及的曲线段的示意图。图3的(a)、(b)是图1中的速度规划参数选择方法涉及的速度及加速度的规划图。图4的(a)、(b)是图1中的速度规划参数选择方法涉及的正弦速度的规划示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。请参阅图1至图4，本专利技术较佳实施方式提供的适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法，其采用对速度规划参数建模，通过优化工具优化求解，实现了对低残差的速度规划中各参数的选择与求解，克服了目前残差补偿方法复杂、计算量大、不能对于整段混合曲线的局部进行很好的控制的缺陷。本实施方式提供的适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法，其包括以下步骤：步骤一，构造混合曲线段，将数控机床或者机器人控制系统中的插补模块预读出的对应混合曲线的N段代码作为一个速度规划单元，构造N段连续曲线。本实施方式中，N为正整数。具体地，本实施方式进行速度规划的连续混合曲线包括直线段AB、曲线段BC及直线段CD，所述曲线段BC连接所述直线段AB及所述直线段CD。S1为所述直线段AB的最后一个插补点，S2为所述曲线段BC的第一个插补点，S3为所述曲线段BC的最后一个插补点，S4为所述直线段CD的第一个插补点。本实施方式中，将所述连续混合曲线作为一个速度规划单元，分别构造所述直线段AB、所述曲线段BC及所述直线段CD这三段连续曲线段。步骤二，对各曲线段进行统一的速度规划参数化，一般选取各段曲线的弧长来进行速度规划，一般选择各段曲线的弧长来进行速度规划，已知各段曲线的弧长分别为d1,d2,...,dn。本实施方式中，设定所述直线段AB、所述曲线段BC及所述直线段CD的弧长分别为d1＝44mm,d2＝49.21828mm,d3＝35mm。步骤三，选择速度规划算法，可以选择T型速度规划、S型速度规划及正弦速度规划等三个速度规划算法等算法中的一个，本实施方式选用T型速度规划方法。步骤四，根据速度规划方法对速度规划参数进行建模。具体地，记速度规划参数中的插补周期为T周，目标速度为v，加速度为amax，所述直线段AB的弧长为d1，所述曲线段BC的弧长为d2，所述直线段CD的弧长为d3，记AS2为T型速度规划中的k个周期T周走过的弧长，S2S3之间为n个周期T周走过的弧长，建模参数及约束条件如下：(1)约束条件1)使得所述曲线段BC在T型速度规划中的匀速阶段；2)S1为所述直线段AB的最后一个插补点，S2为所述曲线段BC的第一个插补点，S3为所述曲线段BC的最后一个插补点，S4为所述直线段CD的第一个插补点；(2)目标函数So＝(S2S3-BC)max式中，So为曲线段的构造线与实际线之差；S2S3为S3与S2两个插补点之间的弧长；BC为B点与C点之间的弧长。由于T型速度规划的位移表达式具体如下：其中，L(T)＝d1+d2+d3，t1为匀加速的时间；T为总时间；L(t)为时间t内的总位移)，t2为匀速及匀加速的时间之和。其中，对于T型速度规划和正弦速度规划，L匀加速＝L(t1)又由约束条件，可得L匀加速≤LAB，L匀减速≤LCD；式中，L匀加速为速度规划中匀加速段的位移；LAB为连续混合曲线上A点与B点两点之间的弧长；L匀减速为速度规划中匀减速段的位移；LCD为连续混合曲线上C点与D点两点之间的弧长；LAC为连续混合曲线上C点与A点两点之间的弧长；LBC为连续混合曲线上C点与B点两点之间的弧长。其对应目标函数如下：SO＝(n*T周*v)max步骤五，确定各速度规划参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法，其包括以下步骤：(1)将数控机床或者机器人控制系统中的插补模块预读出的N段代码作为一个速度规划单元，构造N段连续曲线；其中N为正整数；(2)对构造的各个连续曲线段进行统一的速度规划参数化；(3)选择速度规划算法；(4)根据选择的速度规划算法对速度规划参数进行建模，以得到速度规划参数的数学模型；(5)确定各个速度规划参数的数值范围；(6)依据所述数学模型及各个速度规划参数的取值范围，采用优化工具求取各个速度规划参数的数值。

【技术特征摘要】
1.一种适用于连续混合曲线的速度规划参数选择方法，其包括以下步骤：(1)将数控机床或者机器人控制系统中的插补模块预读出的N段代码作为一个速度规划单元，构造N段连续曲线；其中N为正整数；(2)对构造的各个连续曲线段进行统一的速度规划参数化；(3)选择速度规划算法；(4)根据选择的速度规划算法对速度规划参数进行建模，以得到速度规划参数的数学模型；(5)确定各个速度规划参数的数值范围；(6)依据所述数学模型及各个速度规划参数的取值范围，采用优化工具求取各个速度规划参数的数值。2.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宝，唐小琦，谢文雅，周向东，熊烁，余晓菁，王伟平，雷凡，王昌杰，金宏星，徐意，
申请(专利权)人：华中科技大学，武汉久同智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42