一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法技术

本发明专利技术公开了一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法，包括以下步骤：设计复合三角函数速度规划方法；前瞻初始化；构造拐角过渡曲线，分别在坐标轴上计算在轴速度限制、拐角段长限制、轮廓误差限制、最大进给速度限制、最大轴加加速度限制下的轴运动学轨迹，将两个坐标轴上的轴运动学轨迹合成得到拐角过渡曲线；反向扫描，从最后一条小线段开始依次向前对所有插补线段进行复合三角函数速度规划。本发明专利技术利用复合三角函数速度规划方法，在一步之内，同时完成拐角过渡曲线构造和单轴速度规划，显著地降低运动轨迹控制所耗费的处理时间，实现光滑的轴速度、轴加速度和轴加加速度控制，提高数控机床的加工效率和加工质量。

【技术实现步骤摘要】
一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法
本专利技术属于数控加工
，具体涉及一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法。
技术介绍
局部轨迹平滑技术主要是在相邻微小直线段的连接处，通过插入过渡曲线，如折线、圆弧、参数曲线等，实现数控加工轨迹的平滑，提升数控机床运动部件经过拐角的速度，从而提高加工效率和加工质量。例如，一些学者根据机床加/减速性能和转角轮廓误差等约束条件，计算拐角处允许通过的最大速度，实现数控程序的连续加工，但加工路径仅能达到G0连续性。一些学者在拐角处，构造出了一条与相邻小线段相切的圆弧、三次多项式或二次样条曲线，能够达到G1连续性，但由于加速度存在突变，会引起机床振动。因此，研究人员使用五次多项式、三次Bézier或五次B样条曲线进行拐角过渡，生成具有G2连续性的加工轨迹。为了进一步提高加工路径的光滑性，一些学者在满足轮廓误差和实时性的条件下，通过在拐角处构造两条对称的四次Bézier曲线，使加工路径达到G3连续性。以上算法虽然能够生成光滑的加工轨迹，提升拐角处的转接速度，但由于仅考虑切线方向的运动学限制，因此，会在加工路径的拐角处，造成单轴方向速度、加速度和加加速度的突变，引起伺服驱动轴的振动，降低加工质量。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术公开了一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法，利用复合三角函数速度规划方法，在一步之内，同时完成拐角过渡曲线的构造和单轴的速度规划，显著地降低运动轨迹控制所耗费的处理时间，实现光滑的轴速度、轴加速度和轴加加速度控制，进一步提高复杂曲线曲面的加工效率和精度，提高数控机床的加工质量。技术方案：本专利技术采用如下技术方案：一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、设计复合三角函数速度规划方法：假设起点的位移、起点与终点的速度和加速度以及加加速度，构造加加速度光滑的运动学轨迹；S2、前瞻初始化：初始化最大轮廓误差、最大进给速度、最大轴加速度和最大轴加加速度，前瞻缓冲区中读入至少一个拐角前后的小线段的参数，包括每条小线段的段长和角度；S3、构造拐角过渡曲线：建立平面直角坐标系，基于复合三角函数速度规划方法，分别在两个坐标轴上计算在轴速度限制、拐角段长限制、轮廓误差限制和最大进给速度限制下的最大拐角速度，最大拐角速度结合轴加加速度限制得到最大轴加速度、拐角段长以及轴运动学轨迹，根据两个坐标轴上的轴运动学轨迹的运动时间对其中一个轴运动学轨迹进行调整，调整过后将两个坐标轴上的轴运动学轨迹合成得到拐角过渡曲线，将生成的拐角过渡曲线存入前瞻缓冲区中；S4、将前瞻缓冲区中第一条小线段的开始速度和最后一条小线段的末速度置0；S5、反向扫描：从前瞻缓冲区中最后一条小线段开始依次向前对所有插补线段进行复合三角函数速度规划，若当前插补线段上速度规划成功，则进入下一条插补线段；若当前插补线段上速度规划不成功，则重新构造该插补线段相邻的一条拐角过渡曲线，直到前瞻缓冲区中所有插补线段上速度规划成功后结束反向扫描；S6、实时插补：从前瞻缓冲区中取出第一条小线段进行加工，完成加工后将其从前瞻缓冲区中删除，并在前瞻缓冲区末尾添加一条小线段，在前瞻缓冲区末尾的小线段的拐角构造拐角过渡曲线并将该小线段的末速度置0后开始反向扫描：重复执行步骤S5和S6，执行过程中，当存在插补线段上速度规划成功时，结束反向扫描，执行步骤S6；当前瞻缓冲区末尾无小线段加入时，从前瞻缓冲区中依次取出第一条小线段进行加工，直到前瞻缓冲区中所有小线段加工完成。优选的，步骤S5中，从前瞻缓冲区中最后一条小线段开始依次向前对所有插补线段进行复合三角函数速度规划的步骤如下：S51、若当前插补线段上的速度规划满足最大轴加速度限制与最大轴加加速度限制，则当前插补线段上速度规划成功，进入下一条插补线段继续进行复合三角函数速度规划；若当前插补线段上速度规划不成功，执行步骤S52；S52、若当前插补线段的开始速度小于末速度，则令在插补线段内减速到开始速度的最大速度为新的末速度，并重新构造末速度对应的拐角过渡曲线，回到上一条插补线段，执行步骤S51；否则，令末速度在插补线段内加速到的最大速度为新的开始速度，并重新构造开始速度对应的拐角过渡曲线，进入下一条插补线段，执行步骤S51；S53、当前瞻缓冲区中第一条小线段的插补线段完成速度规划后，结束反向扫描。优选的，步骤S1中，运动学轨迹为：s(t)＝a+bt+ct2+dcos(et)v(t)＝b+2ct-desin(et)a(t)＝2c-de2cos(et)j(t)＝de3sin(et)其中，s(t)为位移轨迹，v(t)为速度轨迹，a(t)为加速度轨迹，j(t)为加加速度轨迹，a、b、c、d和e为常系数。优选的，步骤S1中，假设在经过一段时间T后，速度从起点的vs变为终点的ve，且起点的位移、起点与终点的加速度以及加加速度均为零，则运动学轨迹为：其中，A为t＝T/2时的最大加速度，J为t＝T/4时的最大加加速度。优选的，步骤S3中，以x轴为例，轴速度限制下的第一最大拐角速度为：其中，Ax和Jx分别为x轴的最大轴加速度和最大轴加加速度；θ1为拐角前的小线段与x轴正方向之间的夹角，θ2为拐角前后的小线段之间的夹角。优选的，步骤S3中，以x轴为例，在过渡段长限制下的第二最大拐角速度为：Lc，i＝min(li-Lc，i-1，li+1/2)其中，Ax和Jx分别为x轴的最大轴加速度和最大轴加加速度；θ1为拐角前的小线段与x轴正方向之间的夹角，θ2为拐角前后的小线段之间的夹角；Lc，i-1和Lc，i分别为第i-1个拐角和第i个拐角的拐角段长，li和li+1分别为第i个拐角前后的小线段的长度。优选的，步骤S3中，以x轴为例，在轮廓误差限制下的第三最大拐角速度为：r3＝cosθ1+cos(θ1+θ2)其中，Ax和Jx分别为x轴的最大轴加速度和最大轴加加速度；θ1为拐角前的小线段与x轴正方向之间的夹角，θ2为拐角前后的小线段之间的夹角；ε为最大轮廓误差。优选的，步骤S3中，以x轴为例，最大拐角速度为：其中，F为最大进给速度；v1为在轴速度限制下的第一最大拐角速度；v2为在过渡段长限制下的第二最大拐角速度；v3为在轮廓误差限制下的第三最大拐角速度。优选的，步骤S3中，Tx为x轴运动学轨迹的运动时间，Ty为y轴运动学轨迹的运动时间，若Ty＞Tx，则根据y轴运动学轨迹的最大拐角速度和运动时间计算x轴的轴加速度和轴加加速度，调整x轴运动学轨迹；若Ty＜Tx，则根据x轴运动学轨迹的最大拐角速度和运动时间计算y轴的轴加速度和轴加加速度，调整y轴运动学轨迹；若Ty＝Tx，不用调整x轴运动学轨迹和y轴运动学轨迹。有益效果：本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术能够在一步之内完成拐角过渡曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、设计复合三角函数速度规划方法：假设起点的位移、起点与终点的速度和加速度以及加加速度，构造加加速度光滑的运动学轨迹；/nS2、前瞻初始化：初始化最大轮廓误差、最大进给速度、最大轴加速度和最大轴加加速度，前瞻缓冲区中读入至少一个拐角前后的小线段的参数，包括每条小线段的段长和角度；/nS3、构造拐角过渡曲线：建立平面直角坐标系，基于复合三角函数速度规划方法，分别在两个坐标轴上计算在轴速度限制、拐角段长限制、轮廓误差限制和最大进给速度限制下的最大拐角速度，最大拐角速度结合轴加加速度限制得到最大轴加速度、拐角段长以及轴运动学轨迹，根据两个坐标轴上的轴运动学轨迹的运动时间对其中一个轴运动学轨迹进行调整，调整过后将两个坐标轴上的轴运动学轨迹合成得到拐角过渡曲线，将生成的拐角过渡曲线存入前瞻缓冲区中；/nS4、将前瞻缓冲区中第一条小线段的开始速度和最后一条小线段的末速度置0；/nS5、反向扫描：从前瞻缓冲区中最后一条小线段开始依次向前对所有插补线段进行复合三角函数速度规划，若当前插补线段上速度规划成功，则进入下一条插补线段；若当前插补线段上速度规划不成功，则重新构造该插补线段相邻的一条拐角过渡曲线，直到前瞻缓冲区中所有插补线段上速度规划成功后结束反向扫描；/nS6、实时插补：从前瞻缓冲区中取出第一条小线段进行加工，完成加工后将其从前瞻缓冲区中删除，并在前瞻缓冲区末尾添加一条小线段，在前瞻缓冲区末尾的小线段的拐角构造拐角过渡曲线并将该小线段的末速度置0后开始反向扫描：重复执行步骤S5和S6，执行过程中，当存在插补线段上速度规划成功时，结束反向扫描，执行步骤S6；当前瞻缓冲区末尾无小线段加入时，从前瞻缓冲区中依次取出第一条小线段进行加工，直到前瞻缓冲区中所有小线段加工完成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、设计复合三角函数速度规划方法：假设起点的位移、起点与终点的速度和加速度以及加加速度，构造加加速度光滑的运动学轨迹；
S2、前瞻初始化：初始化最大轮廓误差、最大进给速度、最大轴加速度和最大轴加加速度，前瞻缓冲区中读入至少一个拐角前后的小线段的参数，包括每条小线段的段长和角度；
S3、构造拐角过渡曲线：建立平面直角坐标系，基于复合三角函数速度规划方法，分别在两个坐标轴上计算在轴速度限制、拐角段长限制、轮廓误差限制和最大进给速度限制下的最大拐角速度，最大拐角速度结合轴加加速度限制得到最大轴加速度、拐角段长以及轴运动学轨迹，根据两个坐标轴上的轴运动学轨迹的运动时间对其中一个轴运动学轨迹进行调整，调整过后将两个坐标轴上的轴运动学轨迹合成得到拐角过渡曲线，将生成的拐角过渡曲线存入前瞻缓冲区中；
S4、将前瞻缓冲区中第一条小线段的开始速度和最后一条小线段的末速度置0；
S5、反向扫描：从前瞻缓冲区中最后一条小线段开始依次向前对所有插补线段进行复合三角函数速度规划，若当前插补线段上速度规划成功，则进入下一条插补线段；若当前插补线段上速度规划不成功，则重新构造该插补线段相邻的一条拐角过渡曲线，直到前瞻缓冲区中所有插补线段上速度规划成功后结束反向扫描；
S6、实时插补：从前瞻缓冲区中取出第一条小线段进行加工，完成加工后将其从前瞻缓冲区中删除，并在前瞻缓冲区末尾添加一条小线段，在前瞻缓冲区末尾的小线段的拐角构造拐角过渡曲线并将该小线段的末速度置0后开始反向扫描：重复执行步骤S5和S6，执行过程中，当存在插补线段上速度规划成功时，结束反向扫描，执行步骤S6；当前瞻缓冲区末尾无小线段加入时，从前瞻缓冲区中依次取出第一条小线段进行加工，直到前瞻缓冲区中所有小线段加工完成。


2.根据权利要求1所述的一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法，其特征在于，步骤S5中，从前瞻缓冲区中最后一条小线段开始依次向前对所有插补线段进行复合三角函数速度规划的步骤如下：
S51、若当前插补线段上的速度规划满足最大轴加速度限制与最大轴加加速度限制，则当前插补线段上速度规划成功，进入下一条插补线段继续进行复合三角函数速度规划；若当前插补线段上速度规划不成功，执行步骤S52；
S52、若当前插补线段的开始速度小于末速度，则令在插补线段内减速到开始速度的最大速度为新的末速度，并重新构造末速度对应的拐角过渡曲线，回到上一条插补线段，执行步骤S51；
否则，令末速度在插补线段内加速到的最大速度为新的开始速度，并重新构造开始速度对应的拐角过渡曲线，进入下一条插补线段，执行步骤S51；
S53、当前瞻缓冲区中第一条小线段的插补线段完成速度规划后，结束反向扫描。


3.根据权利要求1所述的一种轴加加速度光滑的拐角过渡平滑方法，其特征在于，步骤S1中，运动学轨迹为：
s(t)＝a+bt+ct2+dcos(et)
v(t)＝b+2ct-d...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，王保升，闫注文，潘龙，吕东升，陆玄鸣，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32