[發(fā)明專利]ST

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911203626.1
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN112883502B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙飛;梅雪松;黃曉勇;陶濤;盛曉超
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

1.一種速度曲線的設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：確定速度曲線的勻速速度上限值，具體方法為：

給定參數(shù)，所述參數(shù)包括目標(biāo)位移L、初始速度v_s、終止速度v_e、勻速速度v_m、加速度極限值A(chǔ)_max和躍度極限值J_max；根據(jù)給定的所述參數(shù)假設(shè)運動過程包括加速階段、勻速階段和減速階段，其中，加速階段的持續(xù)時間t_a為：

減速階段的持續(xù)時間t_d為：

當(dāng)時，假設(shè)成立，運動過程存在勻速階段，且勻速速度為v_m；

當(dāng)時，假設(shè)不成立，運動過程包括加速階段和減速階段，且速度曲線的最大速度無法取勻速速度v_m，實際最大速度v_ma借助Newtown-Raphson方法在max(v_s,v_e)和v_m之間尋找，直至勻速階段的持續(xù)時間t_c介于0與插補周期T_s之間，迭代過程結(jié)束，勻速階段的持續(xù)時間t_c為0，勻速速度v_m為實際最大速度v_ma；

本步驟獲取的勻速速度v_m為速度曲線的勻速速度上限值v_mm；

步驟2：計算臨界時間，用于在步驟3中確定速度曲線的類型，具體方法為：

定義臨界時間T₁，T₁為在給定的初始速度v_s、終止速度v_e和目標(biāo)位移L下，采用加速度極限值A(chǔ)_max和躍度極限值J_max進(jìn)行加速運動和勻速運動的最短持續(xù)時間，表示為：

其中，T_1a為加速時間，表示為

定義臨界時間T₂，T₂為僅進(jìn)行加速運動時，從初始速度v_s到終止速度v_e的時間，表示為：

定義臨界時間T₃，T₃為僅以初始速度v_s進(jìn)行勻速運動走完目標(biāo)位移L的時間，表示為：

步驟3：根據(jù)步驟1確定的勻速速度上限值和步驟2計算的臨界時間確定速度曲線類型，具體方法為：

1)若目標(biāo)時間T_e小于臨界時間T₁，則速度曲線包含加速階段、勻速階段和減速階段，定義為類型A₁，具體如下：

加速階段的持續(xù)時間t_a為：

減速階段的持續(xù)時間t_d為：

勻速階段的持續(xù)時間t_c為T_e-t_a-t_d，勻速速度v_m為：

速度曲線的指令位移為：

2)若T₁T_eT₂，速度曲線包含加速階段和勻速階段，定義為類型A₂，具體如下：

加速階段的持續(xù)時間t_a為：

勻速階段的持續(xù)時間t_c為T_e-t_a，終止速度v_e為：

速度曲線的指令位移為：

3)若T₂T_eT₃，速度曲線包含加速階段，定義為類型A₃，具體如下：

加速階段的持續(xù)時間t_a為T_e，勻速階段的終止速度v_e為：

速度曲線的指令位移為：

4)若T₃T_e，速度曲線先考慮先減速階段后勻速階段，定義為類型A₄，具體如下：

減速階段的持續(xù)時間t_d為：

勻速階段的持續(xù)時間t_c為T_e-t_d，勻速階段的終止速度v_e為：

當(dāng)v_e≥0時，速度曲線的指令位移為：

若v_e0時，速度曲線需要進(jìn)一步修改成減速階段I、勻速階段和減速階段II，定義為類型A₅，此時，采用Newtown-Raphson方法尋找保證v_e≥0的勻速速度v_m，并確定各階段的持續(xù)時間，勻速速度v_m的搜索范圍為0和v_s，終止條件為|T_ev-T_e|≤T_s

其中，t_d1和t_d2為減速階段I和減速階段II的持續(xù)時間，T_ev為整個變化過程的時間，為實現(xiàn)變化時間等于目標(biāo)時間T_e，勻速速度v_m為：

速度曲線的指令位移為：

2.基于速度曲線的五軸軌跡加工方法，其特征在于：速度曲線應(yīng)用權(quán)利要求1所述的設(shè)計方法；

預(yù)處理階段：對五軸加工軌跡進(jìn)行預(yù)處理，待插補的五軸加工軌跡包含刀尖子軌跡和刀軸方向子軌跡；首先，計算各子軌跡的曲率，根據(jù)曲率極值將各子軌跡分成離散的N個曲線段，曲率極值點為曲線段的銜接點，定義為臨界點；然后，計算各曲線段的弧長；將臨界點坐標(biāo)、曲率極值和弧長存儲在計算機中；

雙向極值掃描階段：對預(yù)處理后的五軸加工軌跡進(jìn)行雙向極值掃描，通過雙向極值掃描更新臨界點速度，雙向極值掃描階段包含向后看階段和向前看階段，掃描過程包含N個曲線段；向后看從軌跡終止點開始向起點反向掃描，向前看從軌跡起始點開始向終點正向掃描；

向后看的具體步驟如下：

1)令i＝N，向后看獲取的第i個臨界點處的刀尖速度極值刀軸方向速度極值

2)若i＝1，執(zhí)行3)；

否則，令當(dāng)前模塊的刀尖初始速度刀軸方向初始速度執(zhí)行2a)；

2a)結(jié)合預(yù)處理階段計算的刀尖子軌跡第i段曲線的軌跡長度和切向躍度將刀尖臨界點速度記為v_sj，由下式計算臨界點速度v_sj：

結(jié)合刀尖子軌跡的切向加速度將刀尖臨界點速度記為v_sa，v_sa滿足如下不等式：

結(jié)合預(yù)處理階段計算的刀尖子軌跡第i段曲線的臨界點曲率極值預(yù)設(shè)的弓差誤差δ、預(yù)設(shè)的法向加速度和預(yù)設(shè)的法向躍度將刀尖臨界點速度記為v_en，其表達(dá)為：

其中，T_s為插補周期；

刀尖子軌跡的臨界點速度由切向約束和法向約束共同決定，表示為：

其中，v_m為刀尖勻速速度；

2b)根據(jù)第i段刀尖子軌跡的初始速度終止速度軌跡長度切向躍度和切向加速度結(jié)合速度曲線的生成方法確定最短持續(xù)時間

2c)結(jié)合預(yù)處理階段計算的刀軸方向子軌跡第i段曲線的軌跡長度和切向躍度將刀軸方向臨界點速度記為ω_sj，由下式計算臨界點速度ω_sj：

結(jié)合刀軸方向子軌跡的切向加速度將刀軸方向臨界點速度記為ω_sa，ω_sa滿足如下不等式：

結(jié)合預(yù)處理階段計算的刀軸方向子軌跡第i段曲線的臨界點曲率極值法向加速度和法向躍度將刀軸方向臨界點速度記為ω_sn，其表示為：

刀軸方向臨界點速度由切向約束和法向約束共同決定，表示為：

其中，ω_m為刀軸方向勻速速度；

2d)根據(jù)第i段刀軸方向子軌跡的初始速度終止速度軌跡長度切向躍度和切向加速度結(jié)合速度曲線的生成方法確定最短持續(xù)時間

2e)若將刀軸方向子軌跡以速度曲線修改并延長其持續(xù)時間至先計算刀軸方向子軌跡的速度曲線類型的臨界時間，然后根據(jù)目標(biāo)時間與臨界時間比較并確定類型，記錄修改后的臨界速度為

若將刀尖子軌跡以速度曲線修改并延長其持續(xù)時間至先計算刀尖子軌跡的速度曲線類型的臨界時間，然后根據(jù)目標(biāo)時間與臨界時間比較并確定類型，記錄修改后的臨界速度為

2f)令i＝i-1，執(zhí)行2)；

3)將和存儲在數(shù)控單元緩存中；

向前看的具體步驟如下：

11)令i＝1，向前看獲取的第i個臨界點處的刀尖速度極值v_i＝0，刀軸方向速度極值ω_i＝0；

22)若i＝N，執(zhí)行33)；

否則，令當(dāng)前模塊的刀尖初始速度刀軸方向初始速度執(zhí)行22a)；

22a)結(jié)合預(yù)處理階段計算的刀尖子軌跡第i段曲線的軌跡長度和切向躍度將刀尖臨界點速度記為v_ej，由下式計算臨界點速度v_ej：

結(jié)合刀尖子軌跡的切向加速度將刀尖臨界點速度記為v_ea，v_ea滿足如下不等式

刀尖子軌跡的臨界點速度由切向約束和向后看的臨界速度共同決定，表示為：

22b)根據(jù)第i段刀尖子軌跡的初始速度終止速度軌跡長度切向躍度和切向加速度結(jié)合速度曲線的生成方法確定最短持續(xù)時間

22c)結(jié)合預(yù)處理階段計算的刀軸方向子軌跡第i段曲線的軌跡長度和切向躍度將刀軸方向臨界點速度記為ω_ej，由下式計算臨界點速度ω_sj：

結(jié)合刀軸方向子軌跡的切向加速度將刀軸方向臨界點速度記為ω_ea，ω_sa滿足如下不等式：

刀軸方向子軌跡的臨界點速度由切向約束和向后看的臨界速度共同決定，表示為

22d)根據(jù)第i段刀軸方向子軌跡的初始速度終止速度軌跡長度切向躍度和切向加速度結(jié)合速度曲線的生成方法確定最短持續(xù)時間

22e)若將刀軸方向子軌跡以速度曲線修改并延長其持續(xù)時間至先計算刀軸方向子軌跡的速度曲線類型的臨界時間，然后根據(jù)目標(biāo)時間與臨界時間比較并確定類型，記錄修改后的臨界速度和最大速度v′_m；

若將刀尖子軌跡以速度曲線修改并延長其持續(xù)時間至先計算刀尖子軌跡的速度曲線類型的臨界時間，然后根據(jù)目標(biāo)時間與臨界時間比較并確定類型，記錄修改后的臨界速度和最大速度ω′_m；

22f)令i＝i+1，執(zhí)行22)；

33)存儲v_i，ω_i，和T_i(i＝1,...,N)至數(shù)控單元緩存。