[發明專利]基于三角函數加減速控制的三軸微線段直接速度過渡方法

有效

• 申請號: 202010772221.6
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111966047B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 王太勇;劉楊帆;張永賓;彭鵬;韓文燈
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05B19/416
• 分類號: G05B19/416
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

本發明公開了一種基于三角函數加減速控制的三軸微線段直接速度過渡方法，由加工代碼點位坐標得到各微線段的長度以及任意兩相鄰微線段間的轉角；針對轉角大于0°的相鄰兩微線段，建立三角函數加減速模型，得到對應微線段的加速段、勻速段和減速段的插補速度函數和插補位移函數；進行速度規劃確定各段插補時間；設置相鄰兩微線段的最大過渡誤差，求解最大過渡線段長度，設兩者的過渡線段長度相等，且≤第一微線段減速段長度和第二微線段加速段長度的最小值；由過渡線段長度確定過渡起始時刻；通過插補位移函數計算過渡時間；將相鄰兩微線段的過渡線段的運動進行合成，從而獲得過渡路徑。本發明降低了算法的復雜程度同時提高了拐角處的加工效率。

技術領域

本發明涉及機械制造工程技術中的數控技術領域，特別涉及一種基于三角函數加減速控制的三軸微線段直接速度過渡方法。

背景技術

目前，數控機床因其生產高效被廣泛應用在機加工行業中。在現代的工業產品造型設計中，CAM軟件能夠將二維或者三維的模型信息轉換為連續微線段的形式。但是由于連續微線段軌跡的不連續性，CNC需要在相鄰微線段的拐角處降低速度以滿足加工需求，如此一來，極大的降低了加工效率，同時頻繁的加減速導致了機床的顫振，使機床無法實現連續的平穩加工，嚴重影響加工質量。目前針對微線段的加工問題采用局部過渡或者全局過渡的方法解決。局部光順方法是通過在相鄰微線段的拐角處插入新的曲線代替原來的加工路徑以改善拐角處的連續性，提升機床在拐角處的機械性能，減少機床的頻繁加減速，提升機床加工的平穩性與效率從而獲得更好的加工質量。常見的局部過渡方法有圓弧過渡，參數曲線過渡等。全局過渡則是通過全局擬合，將所有的微線段擬合成參數曲線，常見的擬合方式有逼近和插值。全局過渡的方式雖然可以獲得更好的加工質量，但是存在誤差控制困難、算法復雜耗時難以實現實時計算等問題，而局部過渡算法相對來說，算法更加簡單且誤差可控，實時性強，因而受到了廣泛應用。在現有的局部過渡算法中，“連續微線段高速加工數控系統路徑與速度前瞻規劃算法研究[D]﹒浙江大學，2018”文獻中對常見的幾種局部過渡方法做了系統介紹，同時提出了一個基于轉角速度最優的過渡方式選擇方法。這種先插入新的過渡曲線，再進行插補的方法我們稱之為“兩步法”過渡。兩步法過渡算法的復雜程度與精度都與插入的過渡曲線類型相關，插入的過渡曲線算法越復雜，獲得較高路徑連續性的同時也會增大算法的復雜程度，影響實時性，同時這種傳統兩步法的線性與幾何過渡方案對轉角處的運動學性能以及平滑度提升有限。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種基于三角函數加減速控制的三軸微線段直接速度過渡方法。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種基于三角函數加減速控制的三軸微線段直接速度過渡方法，讀取三軸加工代碼點位坐標，由連續點位連接的微線段形成加工路徑，由點位坐標得到各微線段的長度以及任意兩相鄰微線段間的轉角；針對轉角大于0°的相鄰兩微線段，建立三角函數加減速模型，將每個微線段分為加速段、勻速段和減速段，由三角函數加減速模型得到對應微線段的加速段、勻速段和減速段的插補速度函數和插補位移函數；對每個微線段進行速度規劃，由速度規劃確定各段插補時間；設相鄰兩微線段分別為第一微線段和第二微線段，設置第一、二微線段的最大過渡誤差，由兩者的最大過渡誤差及兩者的轉角得到兩者的最大過渡線段長度，設第一微線段的過渡線段位于減速段；設第二微線段的過渡線段位于加速段；設兩者的過渡線段長度相等，且小于等于第一微線段減速段長度和第二微線段加速段長度的最小值；由過渡線段長度確定過渡起始時刻；通過插補位移函數計算過渡時間；將第一、二微線段的過渡線段的運動進行合成，從而獲得過渡路徑。

進一步地，采用1-cosx作為加速度的表達式，sinx作為加加速度的表達式，來構建插補三角函數加減速模型：設a(t)為加速度函數；設J(t)為加加速度函數；則有：

式中：k為加速度參數；T_a為加減速段時間；t為加減速段內所處時刻。