一种动态的高速嵌套前瞻规划方法技术

本发明专利技术公开了一种动态的高速嵌套前瞻规划方法，包括：计算过渡圆弧半径初始值；检测过渡圆弧的存在性，若不存在，则对当前过渡圆弧的半径进行初次调整；再次调整过渡圆弧半径；检测调整是否过度；判断从前一个圆弧到后一个圆弧的速度是加速过程还是减速过程；如果是加速过程则判断能否加速到位，若能则不调整，否则调整后一个圆弧的半径；如果是减速过程则判断能否减速到位，若能则不调整，否则调整前一个圆弧的半径，调整前一个圆弧上的速度；修正圆弧的最大允许速度，判断当前前瞻是否为最后一次前瞻，进行嵌套前瞻。本发明专利技术利用嵌套的方式，同时动态的调整过渡圆弧半径，提高了加工速度，减少加工时间，提高了效率。提高了效率。提高了效率。

【技术实现步骤摘要】
一种动态的高速嵌套前瞻规划方法


[0001]本专利技术属于数控
，具体涉及一种动态的高速嵌套前瞻规划方法。

技术介绍

[0002]大部分中低端数控机床基本只具有直线和圆弧插补功能，待加工的复杂零件是由计算机辅助制造(CAM)软件利用连续直线或者圆弧进行逼近拟合，对每一段轨迹进行插补，实现对复杂零件的加工。为了实现高速加工，需要在线段拐点处添加过渡曲线，辅以合适的前瞻路径规划算法以及速度规划算法，获得高速。
[0003]现有的路径规划主要有以下几种：一是圆弧过渡，这也是最常用的方法。二是二次NURBS圆弧模型为代表的过渡模型，但是这种模型计算较为复杂。三是样条曲线过渡与全局拟合算法。如：Ferguson曲线、Cardinal曲线、3次贝塞尔曲线、3次B样条等，计算量较大，适合高端机床。
[0004]在速度规划方面，有经典的线性加减速方法，指数型加减速方法、三角函数加减速方法，S型加减速方法、钟型加减速方法、跳度约束加减速方法、三次多项式加减速。相比线性加减速方法，这些加减速方法虽然在性能上更好，但存在计算困难，影响系统的实时性，因此不适合中低端机床。
[0005]在前瞻算法方面，虽然固定段数的前瞻方法较单段直线加减速取得较好结果，但由于选取固定的段数会截断线段间的联系，不能充分利用线段间的信息，不能适应多变的微线段情况。
[0006]自适应前瞻方法则解决了上述困难，但是当满足条件的线段数过多，又会引起数据庞杂的问题，导致计算耗时较长。所以自适应前瞻算法通常会设定一个最大前瞻段数，但是最大前瞻段数过大时，前瞻的效率并不会提升太多，反而会增加复杂度，降低实时性。
[0007]针对自适应前瞻规划方法，需要设定最大前瞻段数，但目前尚未有文献明确最佳的前瞻段数。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种动态的高速嵌套前瞻规划方法，结合线性加减速方法、圆弧过渡的方式，实现不需要最大前瞻段数的动态高速嵌套前瞻规划，适用于小线段加工的数控系统中。
[0009]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0010]一种动态的高速嵌套前瞻规划方法，其特征在于，包括：
[0011]步骤1：根据每一次前瞻的模型图，按照最大轮廓误差与最大弓高误差初始化过渡圆弧，得到过渡圆弧半径初始值；
[0012]步骤2：检测过渡圆弧的存在性，若不存在，则利用改进的中点约束，对当前过渡圆弧的半径进行初次调整；
[0013]步骤3：比较末段由终点从0加速至后一个圆弧衔接处的速度与圆弧允许的最大速
度，在小于的情况下或角度小于126.8699
°
时过渡圆弧初次调整过，则调整过渡圆弧半径；
[0014]步骤4：步骤3调整完成之后，在进行下一步的速度约束之前检测步骤3的调整是否过度，若调整过度，则以步骤2的方法，再次约束；
[0015]步骤5，计算并比较两个衔接圆弧的最大允许速度，判断从前一个圆弧到后一个圆弧的速度是加速过程还是减速过程；
[0016]如果是加速过程，则结合速度规划判断能否加速到位，即能否加速到后一个圆弧的最大允许速度，若能，则不调整，否则调整后一个圆弧的半径；
[0017]如果是减速过程，则结合速度规划判断能否减速到下一个圆弧的最大允许速度，若能，则不调整，否则调整前一个圆弧的半径，然后调整前一个圆弧上的速度；
[0018]步骤6：依据最大弓高误差，修正圆弧的最大允许速度，并判断当前前瞻是否为最后一次前瞻；
[0019]若是最后一次前瞻，则保存所有数据，否则保存首条直线与前一个圆弧的数据，存入内存，等待插补器插补，然后读取下一条直线，然后返回步骤1进行下一次前瞻，实现嵌套前瞻。
[0020]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0021]上述的步骤1中，记P
m
‑1、P
m
、P
n
、P
q
为相邻线段的端点，采取插入圆弧段的策略，圆心点为O
m
、O
n
，半径为R
m
、R
n
，其中O
m1
、O
m2
、O
n1
、O
n2
为圆弧与相邻直线段的切点，线段P
m
O
m
与圆弧交于P1点，交O
m1
O
m2
于P5，线段P3P4垂直于P
m
O
m
,交P
m
O
m
于P2，线段P1P2的长度表示过渡圆弧允许的最大插补速度产生的弓高误差e
ch
，线段P2P
m
的长度表示过渡圆弧允许的最大插补速度产生的轮廓误差e
co
；
[0022]则圆弧的半径为：
[0023]r
m
＝sin(θ/2)
×
(e
co
‑
e
ch
)/(1
‑
sin(θ/2))
[0024]当前规划过渡段为P
m
‑1P
m
P
n
P
q
段，系统允许的最大轮廓误差为e
co_max
，系统允许的最大弓高误差为e
ch_max
，直线段P
m
‑1P
m
P
n
的夹角为θ1，直线段P
m
P
n
P
q
的夹角为θ2；
[0025]则过渡圆弧的各线段长度值为：
[0026]r1＝sin(θ1/2)
×
(e
co_max
‑
e
ch_max
)/(1
‑
sin(θ1/2))
[0027][0028]r2＝sin(θ2/2)
×
(e
co_max
‑
e
ch_max
)/(1
‑
sin(θ2/2))
[0029][0030][0031]过渡圆弧半径初始值为：
[0032]r＝sin(θ/2)
×
(e
co_max
‑
e
ch_max
)/(1
‑
sin(θ/2))
[0033]其中，e
co_max
为系统所允许的最大轮廓误差，e
ch_max
为系统所允许的最大弓高误差，θ为线段间的夹角。
[0034]上述的步骤2中，当时，则说明圆弧不存在，需要进行圆弧半径的初次调整；
[0035]当则说明圆弧至少有一个不存在，需要对圆弧进行初步的调整，把圆弧与直线的切点调整至直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态的高速嵌套前瞻规划方法，其特征在于，包括：步骤1：根据每一次前瞻的模型图，按照最大轮廓误差与最大弓高误差初始化过渡圆弧，得到过渡圆弧半径初始值；步骤2：检测过渡圆弧的存在性，若不存在，则利用改进的中点约束，对当前过渡圆弧的半径进行初次调整；步骤3：比较末段由终点从0加速至后一个圆弧衔接处的速度与圆弧允许的最大速度，在小于的情况下或角度小于126.8699
°
时过渡圆弧初次调整过，则调整过渡圆弧半径；步骤4：步骤3调整完成之后，在进行下一步的速度约束之前检测步骤3的调整是否过度，若调整过度，则以步骤2的方法，再次约束；步骤5，计算并比较两个衔接圆弧的最大允许速度，判断从前一个圆弧到后一个圆弧的速度是加速过程还是减速过程；如果是加速过程，则结合速度规划判断能否加速到位，即能否加速到后一个圆弧的最大允许速度，若能，则不调整，否则调整后一个圆弧的半径；如果是减速过程，则结合速度规划判断能否减速到下一个圆弧的最大允许速度，若能，则不调整，否则调整前一个圆弧的半径，然后调整前一个圆弧上的速度；步骤6：依据最大弓高误差，修正圆弧的最大允许速度，并判断当前前瞻是否为最后一次前瞻；若是最后一次前瞻，则保存所有数据，否则保存首条直线与前一个圆弧的数据，存入内存，等待插补器插补，然后读取下一条直线，然后返回步骤1进行下一次前瞻，实现嵌套前瞻。2.根据权利要求1所述的一种动态的高速嵌套前瞻规划方法，其特征在于，步骤1中，记P
m
‑1、P
m
、P
n
、P
q
为相邻线段的端点，采取插入圆弧段的策略，圆心点为O
m
、O
n
，半径为R
m
、R
n
，其中O
m1
、O
m2
、O
n1
、O
n2
为圆弧与相邻直线段的切点，线段P
m
O
m
与圆弧交于P1点，交O
m1
O
m2
于P5，线段P3P4垂直于P
m
O
m
，交P
m
O
m
于P2，线段P1P2的长度表示过渡圆弧允许的最大插补速度产生的弓高误差e
ch
，线段P2P
m
的长度表示过渡圆弧允许的最大插补速度产生的轮廓误差e
co
；则圆弧的半径为：r
m
＝sin(θ/2)
×
(e
co
‑
e
ch
)/(1
‑
sin(θ/2))当前规划过渡段为P
m
‑1P
m
P
n
P
q
段，系统允许的最大轮廓误差为e
co_max
，系统允许的最大弓高误差为e
ch_max
，直线段P
m
‑1P
m
P
n
的夹角为θ1，直线段P
m
P
n
P
q
的夹角为θ2；则过渡圆弧的各线段长度值为：r1＝sin(θ1/2)
×
(e
co_max
‑
e
ch_max
)/(1
‑
sin(θ1/2))r2＝sin(θ2/2)
×
(e
co_max
‑
e
ch_max
)/(1
‑
sin(θ2/2))...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏程，李明宇，田威，廖文和，徐翔，魏德岚，康瑞浩，张奇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：