[發明專利]一種電子凸輪曲線生成方法及相關裝置

有效

• 申請號: 201910044807.8
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN109799778B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 宋斌;胡偉
• 申請（專利權）人: 深圳市顯控科技股份有限公司
• 主分類號: G05B19/06
• 分類號: G05B19/06
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 唐致明;洪銘福

本發明公開了一種電子凸輪曲線生成方法及相關裝置，本發明根據相鄰的預設關鍵點在從軸位置方向上的中點分別建立包括三角函數和一階/二階齊次項的第一位移曲線方程和第二位移曲線方程，再根據位移曲線方程獲得速度比曲線方程和加速度比曲線方程，最后根據邊界條件獲得方程系數，則根據已知方程系數的第一位移曲線方程和第二位移曲線方程可以獲得相鄰的預設關鍵點的電子凸輪曲線段，由所有的電子凸輪曲線段可以獲得由所有預設關鍵點生成的電子凸輪曲線；克服現有技術中存在算法復雜，無法在嵌入式系統中使用，生成速度慢且運算精度低下的技術問題，實現了快速生成電子凸輪曲線，運算精度高并且可在嵌入式系統中運行。

技術領域

本發明涉及電子凸輪領域，尤其是一種電子凸輪曲線生成方法及相關裝置。

背景技術

凸輪：一種機械結構，能實現主動軸和從動軸的特定位置關系。如圖1所示，圖1是凸輪的一具體實施例結構和凸輪主從位置曲線示意圖，盤狀結構為主動軸，繞旋轉中心旋轉。上下移動桿(電子凸輪中主從軸多為兩旋轉軸)為從動軸，進行上下移動。主軸角位移與從軸位移曲線如圖1所示，該曲線稱為凸輪主從位置曲線。

傳統的機械式凸輪，由于其制造難度大，柔性化程度低等特點，正逐漸被電子凸輪取代。使用軟件、硬件、電機等電子方式實現主從軸的特定運動關系的裝置稱為電子凸輪。實際控制時，主軸多為編碼器，從軸為伺服或者步進電機。控制算法采樣主軸位置從而計算出從軸位置，并通過發送脈沖控制從軸運動到指定位置。電子凸輪主要用于具有特定關系的主從軸運動控制，主軸所在的位置會唯一對應一個從軸位置，主軸運動時對應從軸的位置也發生改變，主軸和從軸位置會一直維持特定曲線關系。一般在PLC、運動控制器等工控產品上均具備該功能，該功能主要應用于追剪、飛剪、貼標等多種領域。電子凸輪屬于多軸同步控制領域，除了一主一從的控制模式外，實際應用中還廣泛存在一主多從的應用場景，即一個主軸，多個伺服、步進電機做從軸，且有多條電子凸輪曲線對應其主從關系。下面以飛剪作為電子凸輪的一種特殊應用案例進行具體說明。如圖2所示為飛剪的結構示意圖，送料編碼器為主軸，飛剪伺服為從軸，切割材料向右運動時，編碼器計數以統計主軸的位置變化，由于電子凸輪特性，從軸位置也會隨主軸位置變化運動到其對應位置，最終保持在切刀切割材料的過程中，切刀的線速度，與材料運行的速度相同，線速度保持相同的區間稱為同步區，其它區間是調速區。通過調整調速區和同步區可實現電子凸輪控制切割出不同長度的材料。

目前多通過主從對應位置的關鍵點來生成電子凸輪曲線(主軸和從軸位置的對應關系)，參考圖3、圖4和圖5，圖3是電子凸輪的一具體實施例主從軸位移曲線示意圖；圖4是對應圖3的主從軸速度比曲線示意圖；圖5是對應圖3的主從軸加速度比曲線示意圖；圖3為主從軸位移曲線，其中橫坐標為主軸位置，縱坐標為從軸位置，關鍵點分別為A、B、C、D和E。電子凸輪曲線除了要通過關鍵點外，為了具有良好的運動特性，無剛性柔性沖擊，還需要保證在關鍵點處的主從軸的速度比例是可設置的，且加速度比例為零。那么就需要實際的電子凸輪曲線至少三階可導，且求導結果非常數。

現有技術大多實現電子凸輪的算法復雜，不具備通用性，只能適用于特定場合，且復雜算法難以在嵌入式系統中實時運行。一些電子凸輪算法采用五次多項式，由于包含了五次項，在嵌入式系統中，浮點數的運算精度較低，浮點數進行五次運算后，很可能產生極大或者極小的數，嵌入式系統無法保證精度，甚至完全丟失精度，無法正常運行。而為了避免在嵌入式系統中運行復雜的算法耗時較長、丟失精度，現廣泛采用由上位軟件計算出電子凸輪曲線，將其分解成一段段的小直線，并將小直線的坐標數據下載至嵌入式系統。嵌入式系統通過查表的方式查詢主從軸的位置關系。該方法雖然避免讓嵌入式系統進行復雜計算，但是是通過增加嵌入式系統的存儲容量的方式實現的，增加了經濟成本。且存儲數據量與精度成正比，電子凸輪曲線精度要求越高，需求的存儲空間越大，曲線精度要求較高時，該方法也不是一個好選擇。因此，有必要對該技術進行改進。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的是提供一種電子凸輪曲線生成方法及相關裝置，用于快速生成電子凸輪曲線。