本发明专利技术提供了一种数控加工的运动规划方法包括：以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；构建运动学模型；根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。本发明专利技术可以保证操作臂末端按照规定的路径和轨迹运动，保证操作臂末端运行轨迹的平滑性及连续性；利用运动学模型可精确地计算出操作臂末端到达期望位姿，提高操作臂的运动精度，实现对工件的精确加工。实现对工件的精确加工。实现对工件的精确加工。
【技术实现步骤摘要】
一种数控加工的运动规划方法、装置、设备和存储介质
[0001]本专利技术涉及数控加工
，具体涉及一种数控加工的运动规划方法、装置、设备和存储介质。
技术介绍
[0002]近年来，工业机器人作为工业领域中重要的装备，以其结构紧凑、高灵活性、高效率等优点，被广泛应用于装配、搬运和精密零件加工等生产领域。为提高生产效率和产品质量，高速高精度及平稳运动成为衡量工业机器人重要性能指标。近年来机械加工朝着精细化方向不断发展，操作臂也朝着多关节以及多自由度加工方向发展。出现了如图1类似的操作臂，该操作臂包括X轴组件、Z轴组件、A轴组件和B轴组件，X轴组件和Z轴组件为平移关节，A轴组件和B轴组件为转动关节，X轴组件与Z轴组件垂直，X轴组件水平运动，Z轴组件上下运动，B轴组件安装于Z轴组件并带动一连接臂转动，A轴组件安装于连接臂一端并带动四头主轴转动。但对操作臂运动规划精度较低，导致加工出的零件存在成品率低。因此如何提高操作运动规划控制的精度，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
技术实现思路
[0003]鉴于上述问题，本专利技术实施例一种数控加工的运动规划方法、装置、设备和存储介质，解决现有的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]第一方面，本专利技术提供一种数控加工的运动规划方法，该方法包括：
[0006]以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；
[0007]配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；
[0008]根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；
[0009]构建运动学模型；
[0010]根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；
[0011]根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。
[0012]一实施例中，所述以关节角运动方程描述操作臂的轨迹包括：
[0013]将运动方程设置为：
[0014]θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5；
[0015]式中，θ(t)为关节角度；a0、a1、a2、a3、a4、a5为各次项的系数；t为时间。
[0016]一实施例中，所述配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件包括：
[0017]将插补的约束条件设置为：
[0018]θ0＝a0；
[0019][0020][0021][0022][0023][0024]式中，θ0为t0时刻的关节角；θ
f
为t
f
时刻的关节角；为t0时刻的关节角速度；为t
f
时刻的关节角速度；为t0时刻的关节角加速度；为t
f
时刻的关节角加速度；
[0025]根据运动方程和约束条件，得到各次项系数的值。
[0026]一实施例中，所述根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述包括：
[0027]确定参考坐标的初始位置；
[0028]根据参考坐标建立各关节的坐标，所述关节包括第一平移关节、第二平移关节、第一转动关节和第二转动关节，第一平移关节为第一连杆和第二连杆的连接点，第二平移关节为第二连杆和第三连杆的连接点，第一转动关节为第三连杆与第四连杆的连接点，第二转动关节为第四连杆和操作臂末端的连接点；
[0029]分别描述相邻连杆的相对位姿；
[0030]将第一连杆的坐标相对于参考坐标的位姿描述为：
[0031][0032]将第二连杆的坐标相对于第一连杆的坐标的位姿描述为：
[0033][0034]将第三连杆的坐标相对于第二连杆的坐标的位姿描述为：
[0035][0036]将第四连杆的坐标相对于第三连杆的坐标的位姿描述为：
[0037][0038]将操作臂末端相对于操作空间的位姿描述为：
[0039][0040]式中，d1为第一平移关节的移动长度，d2为第二平移关节的移动长度，d3为第三连杆的长度；d4为第四连杆的长度；S3＝sinθ3；C3＝cosθ3；S4＝sinθ4；C4＝cosθ4；其中θ3为第一转动关节的转动角度；θ4为第二转动关节的转动角度。
[0041]一实施例中，所述于根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量包括：
[0042]设定操作臂末端的位姿；
[0043]根据操作臂末端位姿描述和设定的操作臂末端位置，得到各关节的变化量。
[0044]第二方面，本专利技术提供一种数控加工的运动规划装置，该装置包括：
[0045]轨迹描述模块：用于以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；
[0046]条件配置模块：用于配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；
[0047]轨迹插补模块：用于根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；
[0048]模型构建模块：用于构建运动学模型；
[0049]位姿描述模块：用于根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；
[0050]关节变化量获取模块：用于根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。
[0051]一实施例中，所述轨迹描述模块包括：
[0052]将运动方程设置为：
[0053]θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5；
[0054]式中，θ(t)为关节角度；a0、a1、a2、a3、a4、a5为各次项的系数；t为时间。
[0055]一实施例中，所述条件配置模块包括：
[0056]将插补的约束条件设置为：
[0057]θ0＝a0；
[0058][0059][0060][0061][0062][0063]式中，θ0为t0时刻的关节角；θ
f
为t
f
时刻的关节角；为t0时刻的关节角速度；为t
f
时刻的关节角速度；为t0时刻的关节角加速度；为t
f
时刻的关节角加速度；
[0064]根据运动方程和约束条件，得到各次项系数的值。
[0065]一实施例中，所述位姿描述模块包括：
[0066]确定参考坐标的初始位置；
[0067]根据参考坐标建立各关节的坐标，所述关节包括第一平移关节、第二平移关节、第一转动关节和第二转动关节，第一平移关节为第一连杆和第二连杆的连接点，第二平移关节为第二连杆和第三连杆的连接点，第一转动关节为第三连杆与第四连杆的连接点，第二转动关节为第四连杆和操作臂末端的连接点；
[0068]分别描述相邻连杆的相对位姿；
[0069]将第一连杆的坐标相对于参考坐标的位姿描述为：
[0070][0071]将第二连杆的坐标相对于第一连杆的坐标的位姿描述为：
[0072][0073]将第三连杆的坐标相对于第二连杆的坐标的位姿描述为：
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种数控加工的运动规划方法，其特征在于，所述方法包括：以关节角运动方程描述操作臂的轨迹；配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件；根据边界约束条件对关节进行插补，规划操作臂末端的运动轨迹；构建运动学模型；根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述；根据操作臂末端位姿描述，得到各关节的运动变化量，使操作臂沿规划的位置和姿态轨迹运动。2.如权利要求1所述的一种数控加工的运动规划方法，其特征在于，所述以关节角运动方程描述操作臂的轨迹包括：将运动方程设置为：θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5；式中，θ(t)为关节角度；a0、a1、a2、a3、a4、a5为各次项的系数；t为时间。3.如权利要求1所述的一种数控加工的运动规划方法，其特征在于，所述配置插补过程中起始点和目标点的边界约束条件包括：将插补的约束条件设置为：θ0＝a0；；；；；式中，θ0为t0时刻的关节角；θ
f
为t
f
时刻的关节角；为t0时刻的关节角速度；为t
f
时刻的关节角速度；为t0时刻的关节角加速度；为t
f
时刻的关节角加速度；根据运动方程和约束条件，得到各次项系数的值。4.如权利要求1所述的一种数控加工的运动规划方法，其特征在于，所述根据运动学模型建立各关节坐标系，得到操作臂末端位姿描述包括：确定参考坐标的初始位置；根据参考坐标建立各关节的坐标，所述关节包括第一平移关节、第二平移关节、第一转动关节和第二转动关节，第一平移关节为第一连杆和第二连杆的连接点，第二平移关节为第二连杆和第三连杆的连接点，第一转动关节为第三连杆与第四连杆的连接点，第二转动关节为第四连杆和操作臂末端的连接点；分别描述相邻连杆的相对位姿；将第一连杆的坐标相对于参考坐标的位姿描述为：
将第二连杆的坐标相对于第一连杆的坐标的位姿描述为：将第三连杆的坐标相对于第二连杆的坐标的位姿描述为：将第四连杆的坐标相对于第三连杆的坐标的位姿描述为：将操作臂末端相对于操作空间的位姿描述为：式中，d1为第一平移关节的移动长度，d2为第二平移关节的移动长度，d3为第三连杆的长度；d4为第...
【专利技术属性】
技术研发人员：张长青，郭庆鹏，杨光，陈思晗，
申请(专利权)人：中国林业科学研究院木材工业研究所，
类型：发明
国别省市：
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