【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多轴联动机器人控制的，具体涉及一种基于多级s型上升的多轴机器的大段速度前瞻的方法。
技术介绍
1、制造业是国家生产能力和经济社会发展的基础，是高新技术产业化的载体，它体现了社会生产力的发展水平。为了满足装备制造业的发展需要，一系列先进加工技术如雨后春笋般诞生和发展，其中最具代表的便是机床加工技术。先进数字技术的诞生和快速升级，标志着机床领域已经进入以数字化自动控制为核心的智能制造时代。特别是近十年以来，随着计算机网络技术的飞速发展，机床制造业也已经进入了以高速、高精度、高效率为主要特征的数控时代。
2、随着经济社会的不断发展，人们对于个性化产品的需求越来越大，供求关系促使了产品制造企业必须提高加工的速度及精度。这是因为，加工速度决定了产品的生产效率，而加工精度又是产品质量的重要保障。同时，高速高精度加工需求迫切需要数控系统在其计算和控制能力上有进一步的提升。这主要体现在两个方面：
3、其一，数控系统的运算速度要快，具体包括核心算法的简洁有效性和各运动部件的反应快速性，如此缩短加工准备的时间；
4、其二，要求各执行机构在运动过程中不产生冲击、振荡、失步等现象，从而满足高速高精度加工的需求。
5、数控系统中常用的加减速控制算法包括直线加减速算法，指数加减速算法，s型加减速算法，多项式加减速算法等，ｓ形加减速因其实用性，受到学者的关注最多。ｓ形加减速目前主要的研究热点在于其高效通用的求解模型。理想的ｓ形加减速求解模型应具有较小的计算复杂度和较高精度的解析解，暂时在加减速模型
6、在多轴联动控制方面，目前最常用的是五轴联动数控系统。它是在三个平动轴的基础上增加了两个旋转轴，从而使得复杂曲面的加工变得更加灵活。然而，已有的s型速度前瞻大多只针对三轴联动加工设备，以空间轨迹几何形状计算出某一位置的加速度，加加速度等物理量，对一个或几个拆分的微段就会进行一次s型速度曲线计算，速度频繁震荡，速度提升慢，也难以适应各种复杂的运动情形。
7、其次，针对空间圆轨迹的速度规划，由于曲率的存在，存在法向加速度，且对于一个具体物理轴来说，由于法向加速度方向在发生变化，存在一个加加速度。显然的速度越快，加速度变化越快，加加速度越大。针对微段line[i]，其加加速度与速度的三次方成正比。
8、当实际速度接近加加速度限制的最大速度maxvbyjerk时，存在物理轴加加速度接近最大值，由于速度是s型，在接近maxvbyjerk时，虚拟轴速度本身具有较大的加加速度（加速度变小），此时物理轴由于运动轨迹形状带来的加加速度与虚拟轴速度变化带来的加加速度叠加，可能会远远超过设定加加速度(最大为设定加加速度的2倍)。
9、如果将虚拟轴加加速度设为较小值，则在速度较低时，速度提升效率低，而且只要速度接近maxvbyjerk，则加加速度的总和总会超过设定值，由于虚拟轴不可避免的存在加加速度，物理轴的加加速度叠加也会不可避免的超过设定值。如果使得速度达不到maxvbyjerk，保证加加速度满足要求，但速度始终达不到maxvbyjerk，牺牲了速度，这对于较长的轨迹是不友好的。这个问题不仅发生在加加速度中，也发生在加速度中。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于多级s型上升的多轴机器的大段速度前瞻的方法，旨在解决上述的问题。
2、本专利技术主要通过以下技术方案实现：
3、一种基于多级s型上升的多轴机器的大段速度前瞻的方法，将轨迹划分为若干个微段，将其中连续的多个微段划分为一个大段；然后将大段的速度提升分为n级s型速度上升，且各级的速度上下限，加速度，加加速度不同；包括以下步骤：
4、步骤a1：初始化大段的各级速度上限{vrefer1，vrefer2，vrefer3，…，vrefern}，各级最小加速度{mina1，mina2，mina3，…，minan}，各级最小加加速度{minj1，minj2，minj3，…，minjn}；其中，大段的各级最小加速度minan等于大段的所有微段的加速度最小值mina；各级最小加加速度minjn等于整个连续轨迹的最大加加速度wholejerkmax；
5、vrefern=min（minvbyacc，minvbyjerk）×vreferscalen，
6、其中：minvbyacc为大段的所有微段的加速度限制的速度上限最小值；
7、minvbyjerk为大段的所有微段的加加速度限制的速度上限最小值；
8、vreferscalen为第n级最大速度占据加速度和加加速度限制的最大速度比例；
9、步骤a2：计算得到大段的当前长度：
10、 line.l= line.l0+ line. l，
11、其中： line.l0为当前微段前的大段的长度；
12、 line.l为当前大段的长度；
13、 line. l为当前微段的长度；
14、步骤a3：计算当前的各级最小加速度{mina1，mina2，mina3，…，minan}；
15、minan=min（minan，acc），
16、acc=wholeaxisvmax[k]×ratioa÷ratiol，
17、ratioa=1-ratioan+aoverflowscale，
18、ratioan=ratiovn2，
19、ratiovn=vrefern÷vlimitbyacc，
20、其中：acc为当前物理轴k限制的虚拟轴的加速度；
21、wholeaxisvmax[k]为物理轴k的最大速度；
22、ratioa为当前物理轴k的加速度占设定加速度的比值；
23、ratioan为第n级到速度上限时，轨迹曲率匀速运动的物理轴k的加速度与设定加速度的比值；
24、ratiovn为第n级速度vrefern与当前微段的加速度限制的速度上限的比值；
25、ratiol为物理轴k位移与虚拟轴位移的比值；
26、aoverflowscale为加速度可超过设定加速度的值与设定加速度的比值；
27、vlimitbyacc为当前微段的加速度限制的速度上限；
28、步骤a4：计算当前的各级最小加加速本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多级S型上升的多轴机器的大段速度前瞻的方法，其特征在于，将轨迹划分为若干个微段，将其中连续的多个微段划分为一个大段；然后将大段的速度提升分为n级S型速度上升，且各级的速度上下限，加速度，加加速度不同；包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于多级S型上升的多轴机器的大段速度前瞻的方法，其特征在于，所述步骤A3中，VLimitByAcc的公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于多级S型上升的多轴机器的大段速度前瞻的方法，其特征在于，所述步骤A4中，VLimitByJerk的计算公式如下：
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于多级S型上升的多轴机器的大段速度前瞻的方法，其特征在于，针对每级的S型曲线，计算每级的微段末尾最大速度Vemax包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于多级S型上升的多轴机器的大段速度前瞻的方法，其特征在于，所述步骤B2中，Lsvme的计算公式如下：
6.根据权利要求5所述的一种基于多级S型上升的多轴机器的大段速度前瞻的方法，其特征在于，L的计算公式如下：
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