S形速度曲线前瞻规划方法和装置、存储介质和计算设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种S形速度曲线前瞻规划方法和装置，用于解决规划C^2连续的速度曲线计算量大的问题。该方法包括扫描运动轨迹以建立S形曲线，并存储在链表中；标记链表第一状态的各节点中不能独立S形规划的节点为第二状态；将链表中第二状态的各节点的速度偏差值存储在偏差表中；对偏差表中节点进行合并，并将合并后不能独立S形规划的节点再次插入偏差表中以再次执行相邻节点合并，直至偏差表为空；对链表中的节点进行时间最优的速度规划；将链表中不满足预设运动约束的节点拆分为两个节点，并进行S形规划；将拆分后不能进行S形规划的节点进行端点降速；将被端点降速的节点拆分，并重复执行上述步骤，直至链表中的节点都满足预设运动约束。设运动约束。设运动约束。

【技术实现步骤摘要】
S形速度曲线前瞻规划方法和装置、存储介质和计算设备


[0001]本专利技术属于计算机
，具体是关于一种S形速度曲线前瞻规划方法和装置、存储介质和计算设备。

技术介绍

[0002]数控机床的进给速度与加工精度、生产率以及工件表面粗糙度有着密切关系。现在较为流行的加减速控制是S形加减速控制，相比梯形加减速和指数型加减速控制，S形加减速控制有速度曲线光滑、均匀、运动平稳、无冲击等优势。
[0003]速度曲线，一般是指以时间t为横轴，以速度V为纵轴的坐标系下的对应曲线f＝V(t)，其一阶导数为加速度(Acc)f'＝A(t)，二阶导数为加加速度(Jerk)f”＝J(t)，三阶导数为加加加速(Jounce或Snap)f”'＝S(t)，如果它们可导的话。
[0004]以代数多项式为速度曲线的，可基于bang
‑
bang控制原理，从而达到时间最优。具有C^0阶连续的，为梯形加减速曲线，其加速度有(+Acc,0,
‑
Acc) 三个阶跃状态；具有C^1阶连续的，即为业界通常所说的S形速度曲线，是指加速度可连续，但加加速阶跃非连续，最多可分7个阶段。而对于加加速也连续，且加加加速可控的C^2阶连续速度曲线，其它的速度曲线，部分虽可达到C^2连续的速度曲线，但往往是通过三角函数实现的，存在插补计算量大，影响实时性，以及非时间最优控制，影响加工效率等缺陷。
[0005]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种S形速度曲线前瞻规划方法，用于解决现有规划C^2连续的速度曲线计算量大、影响实时性的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种S形速度曲线前瞻规划方法，包括：
[0008]扫描若干段运动轨迹以对应建立若干S形曲线，并存储在链表中，其中，所述链表中标记所述若干S形曲线的对应节点为第一状态；
[0009]标记所述链表第一状态的各节点中不能独立S形规划的节点为第二状态；
[0010]计算所述链表中第二状态的各节点的速度偏差值，并按大小依序存储在偏差表中；
[0011]选取所述偏差表中速度偏差值最大的对应节点与相邻节点合并，并将合并后不能独立S形规划的节点再次插入所述偏差表中以再次执行相邻节点合并，直至所述偏差表为空；
[0012]对所述链表中能独立S形规划的各节点进行时间最优的速度规划；
[0013]将所述链表中不满足预设运动约束的节点拆分为两个节点，并对拆分后的节点进行S形规划；
[0014]将拆分后不能进行S形规划的节点进行端点降速，以使其从对应运动轨迹的低速
提速到降速后端点速度时所需的最短路径长度等于其S形曲线的运动路径长度；
[0015]将被端点降速的节点拆分为仅包含单段运动轨迹的节点，并重复执行上述步骤，直至所述链表中的节点都满足预设运动约束，以完成所述若干段运动轨迹的S形速度曲线规划。
[0016]一实施例中，扫描若干段运动轨迹以对应建立若干S形曲线，具体包括：
[0017]从最末段向首段扫描，并将各段运动轨迹的起点速度初始化为允许的最大衔接速度、终点速度初始化为在对应衔接点处相邻段的起点速度、以及记录各段运动轨迹的路径长度；
[0018]从首段向最末段扫描，并对各段运动轨迹建立S形曲线。
[0019]一实施例中，标记所述链表第一状态的各节点中不能独立S形规划的节点为第二状态，具体包括：
[0020]判断所述链表中第一状态的各节点，从对应运动轨迹的低速提速到高速所需的最短路径长度是否不大于对应S形曲线的运动路径长度，其中，所述运动轨迹的低速和高速根据排序所述运动轨迹的两个端点速度求得；若是，
[0021]则标记所述链表中对应节点为第二状态。
[0022]一实施例中，计算所述链表中第二状态的各节点的速度偏差值，具体包括：
[0023]对所述链表中第二状态的各节点进行高速端点的降速，以使其从对应运动轨迹的低速提速到降速后端点速度时所需的最短路径长度等于其S形曲线的运动路径长度；
[0024]计算所述链表中第二状态的各节点中，对应运动轨迹的高速与降速后端点速度的差值，以获得速度偏差值。
[0025]一实施例中，选取所述偏差表中速度偏差值最大的对应节点与相邻节点合并，并将合并后不能独立S形规划的节点再次插入所述偏差表中以再次执行相邻节点合并，直至所述偏差表为空，具体包括：
[0026]选取所述偏差表中速度偏差值最大的对应节点，并以其高速端点为衔接点与相邻节点合并，其中，所述合并后节点的最大速度值取合并前节点约束的较低值；和/或，
[0027]在合并时，查询合并前两个节点是否为第二状态；若是，
[0028]则将所述合并的两个节点从所述偏差表中删除。
[0029]一实施例中，对所述链表中能独立S形规划的各节点进行时间最优的速度规划，具体包括：
[0030]计算所述链表中能独立S形规划的各节点的d值：
[0031]d＝L
‑
L(V
s
,V
max
)
‑
L(V
e
,V
max
)
[0032]其中，L为节点对应运动轨迹的运动路径长度，L(V
s
,V
max
)为节点对应运动轨迹的起点速度V
s
提速到允许的最大速度V
max
所需的最短路径长度， L(V
e
,V
max
)为节点对应运动轨迹的终点速度V
e
提速到允许的最大速度V
max
所需的最短路径长度；
[0033]判断各节点的d值是否大于等于0；若是，
[0034]则确定存在匀速段并完成对应节点的S形规划；若否，
[0035]则确定最佳速度V
best
∈[max{V
s
,V
e
},V
max
]，以使对应节点的目标函数 f(V
best
)＝L
‑
L(V
s
,V
best
)
‑
L(V
e
,V
best
)等于0，并完成对应节点的S形规划。
[0036]一实施例中，将所述链表中不满足预设运动约束的节点拆分为两个节点，具体包
括：
[0037]将所述链表中的合并节点依序按照其中各段运动轨迹的长度，计算在S 形规划速度曲线上对应的速度；
[0038]确定所述对应的速度是否不大于与其衔接点允许的速度；若否，
[0039]则将对应的合并节点在其中衔接点速度超限最大处，拆分为两个节点。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种S形速度曲线前瞻规划方法，其特征在于，包括：扫描若干段运动轨迹以对应建立若干S形曲线，并存储在链表中，其中，所述链表中标记所述若干S形曲线的对应节点为第一状态；标记所述链表第一状态的各节点中不能独立S形规划的节点为第二状态；计算所述链表中第二状态的各节点的速度偏差值，并按大小依序存储在偏差表中；选取所述偏差表中速度偏差值最大的对应节点与相邻节点合并，并将合并后不能独立S形规划的节点插入所述偏差表中以再次执行相邻节点合并，直至所述偏差表为空；对所述链表中能独立S形规划的各节点进行时间最优的速度规划；将所述链表中不满足预设运动约束的节点拆分为两个节点，并对拆分后的节点进行S形规划；将拆分后不能进行S形规划的节点进行端点降速，以使其从对应运动轨迹的低速提速到降速后端点速度时所需的最短路径长度等于其S形曲线的运动路径长度；将被端点降速的节点拆分为仅包含单段运动轨迹的节点，并重复执行上述步骤，直至所述链表中的节点都满足预设运动约束，以完成所述若干段运动轨迹的S形速度曲线规划。2.根据权利要求1所述的S形速度曲线前瞻规划方法，其特征在于，扫描若干段运动轨迹以对应建立若干S形曲线，具体包括：从最末段向首段扫描，并将各段运动轨迹的起点速度初始化为允许的最大衔接速度、终点速度初始化为在对应衔接点处相邻段的起点速度、以及记录各段运动轨迹的路径长度；从首段向最末段扫描，并对各段运动轨迹建立S形曲线。3.根据权利要求1所述的S形速度曲线前瞻规划方法，其特征在于，标记所述链表第一状态的各节点中不能独立S形规划的节点为第二状态，具体包括：判断所述链表中第一状态的各节点，从对应运动轨迹的低速提速到高速所需的最短路径长度是否不大于对应S形曲线的运动路径长度，其中，所述运动轨迹的低速和高速根据排序所述运动轨迹的两个端点速度求得；若是，则标记所述链表中对应节点为第二状态。4.根据权利要求3所述的S形速度曲线前瞻规划方法，其特征在于，计算所述链表中第二状态的各节点的速度偏差值，具体包括：对所述链表中第二状态的各节点进行高速端点的降速，以使其从对应运动轨迹的低速提速到降速后端点速度时所需的最短路径长度等于其S形曲线的运动路径长度；计算所述链表中第二状态的各节点中，对应运动轨迹的高速与降速后端点速度的差值，以获得速度偏差值。5.根据权利要求1所述的S形速度曲线前瞻规划方法，其特征在于，选取所述偏差表中速度偏差值最大的对应节点与相邻节点合并，并将合并后不能独立S形规划的节点再次插入所述偏差表中以再次执行相邻节点合并，直至所述偏差表为空，具体包括：选取所述偏差表中速度偏差值最大的对应节点，并以其高速端点为衔接点与相邻节点合并，其中，所述合并后节点的最大速度值取合并前节点约束的较低值；和/或，在合并时，查询合并前两个节点是否为第二状态；若是，则将所述合并的两个节点从所述偏差表中删除。
6.根据权利要求1所述的S形速度曲线前瞻规划方法，其特征在于，对所述链表中能独立S形规划的各节点进行时间最优的速度规划，具体包括：计算所述链表中能独立S形规划的各节点的d值：d＝L
‑
L(V
s
，V
max
)
‑
L(V
e

【专利技术属性】
技术研发人员：郭先强，何长安，彭伟，
申请(专利权)人：苏州谋迅智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：