[發明專利]一種基于PLCopen規范的軌跡過渡方法

有效

• 申請號: 201910732642.3
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110488758B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 楊曉文;張圣;錢巍
• 申請（專利權）人: 南京埃斯頓自動化股份有限公司
• 主分類號: G05B19/41
• 分類號: G05B19/41
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 蔣家華

本發明公開了一種基于PLCopen規范的軌跡過渡方法，應用于運動控制領域，采用圓弧插補的方式實現軌跡過渡；具體包括以下步驟，S1：從運動控制器的指令緩沖區獲取當前指令和下一個指令的曲線類型，構成相鄰軌跡之間的曲線類型組合，相鄰的軌跡之間采用過渡圓弧連接；S2：根據曲線類型組合，建立關于過渡圓弧參數的約束方程；S3：求解約束方程，得出過渡圓弧參數；S4：采用S曲線的方式對過渡圓弧進行軌跡規劃，再映射至笛卡爾坐標系的各個獨立軸，實現相鄰軌跡之間的圓弧插補。本發明采用圓弧插補的方式實現軌跡過渡，過渡曲線輪廓精度可控、曲率連續，插補速度過渡平滑，同時嚴格符合PLCopen規范，具有出色的通用性，應用范圍廣泛。

技術領域

本發明屬于運動軌跡過渡方式，具體涉及一種基于PLCopen規范的軌跡過渡方法。

背景技術

隨著通用運動控制行業的發展，規范性的要求愈發得到重視，各類標準日益豐富與完善，其中IEC61131-3已成為工業控制系統標準化編程語言的國際標準，所適應的市場領域不斷擴大，采用或應用該編程語言標準的產品，也已成為工業控制領域的主流趨勢。

PLCopen組織是一致力于編程語言標準化的國際性組織，在IEC標準的基礎上，增加了運動控制功能定制的5個標準，進一步推動可編程控制器軟件發展的同時，也極大地規范了運動控制領域市場。目前，已有多家廠商推出了符合其功能模塊標準的產品，該標準也已得到市場廣泛認可。該標準規范了軌跡過渡的5種方式：TMNone、TMStartVelocity、TMConstantVelocity、TMCornerVelocity和TMCornerDeviation；目前能夠完全支持該這5種過渡方式，特別是TMCornerDeviation的廠商非常少，產品成熟度欠缺。

并且，針對軌跡過渡的研究多體現在專機專用，例如《一種封裝成PLCopen指令的變速曲線圓弧快速插補方法》中國專利，授權公告號為CN103454979B，僅從圓弧插補的角度進行了論述，并未體現軌跡過渡的內容；《高速高精度數控加工的小線段實時平滑過渡插補方法》中國專利，授權公告號為CN103699056B，利用三次B樣條曲線來實現軌跡最大誤差約束的過渡，然而該專利僅從直線與直線間過渡進行討論，同時利用圓弧近似計算控制點等信息會導致插補時的速度偏差，并且樣條中間軌跡無法直觀預判。《一種基于NURBS曲線插補的速度平滑過渡方法》中國專利申請，申請公布號為CN107291047A，則利用NURBS曲線來擬合指定輪廓，但這并不符合PLCopen的軌跡過渡的規范。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在的問題和不足，提出一種基于PLCopen規范的軌跡過渡方法，采用圓弧插補的方式實現軌跡過渡，過渡曲線輪廓精度可控、曲率連續，插補速度過渡平滑，同時嚴格符合PLCopen規范，具有出色的通用性，應用范圍廣泛。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于PLCopen規范的軌跡過渡方法，應用于運動控制領域，采用圓弧插補的方式實現軌跡過渡；具體包括以下步驟：

S1：從運動控制器的指令緩沖區獲取當前指令和下一個指令的曲線類型，構成相鄰軌跡之間的曲線類型組合，相鄰的軌跡之間采用過渡圓弧連接；

S2：根據曲線類型組合，建立關于過渡圓弧參數的約束方程；

S3：求解約束方程，得出過渡圓弧參數；

S4：采用S曲線的方式對過渡圓弧進行軌跡規劃，再映射至笛卡爾坐標系的各個獨立軸，實現相鄰軌跡之間的圓弧插補。

進一步地，步驟S1的曲線類型組合包括直線與直線、直線與曲線、曲線與直線和曲線與曲線組合；

當曲線類型組合為直線與直線時，即當前指令代表起點為S1、終點為E1的直線，下一個指令代表起點為S2、終點為E2的直線，E1和S2為同一點且為曲線過渡轉角；此時，步驟S2的約束方程為：