连续微段前瞻及加减速算法

针对目前实时曲线重构微段加工方法存在的不能准确重建设计轮廓、重构曲线的轮廓误差大于轮廓误差允许值的问题,在前瞻算法中新建了曲线轮廓重构条件,其中包括基于转角允许通过速度的转角条件和基于连续转角与段长相关变化的段长条件,同时提出了基于节点的S型加减速速度规划算法.在应用该算法进行的仿真与实验中,重构曲线与微段间的最大轮廓误差小于原曲线在CAM软件中生成微段时所设定的允许轮廓误差,且加工效率是传统微段加工过程的1.5～3.3倍.实验结果表明,采用文中算法可以从NC代码中有效地区分出原设计轮廓中的几何元素,找到轮廓上的基点,从而能准确地还原零件的设计轮廓,并使插补点精确地通过每个重构段的段内节点,在提高了加工效率的同时保证了加工精度.该项研究结果可应用于中高档数控系统设计及复杂曲面的加工中,以提高加工效率.     

参数曲线插补自适应加减速控制方法研究

CNC系统中参数曲线插补广泛地应用于复杂轨迹的生成.为了弥补参数曲线插补时加减速能力的不足,提出自适应的加减速控制方法.在插补预处理中,对轮廓误差引起的速度变化曲线进行分析,在加加速度满足要求的同时,对加速度的变化进行控制.应用该方法,在保证系统加工精度的基础上,可以根据曲线的形状,自适应的调整进给速度,使进给速度变化趋于平滑,有效地避免了加速度和加加速度的变化对伺服系统造成的机械冲击.文中给出了B样条曲线插补的实例对控制方法进行了说明和验证.仿真结果表明,该方法切实可行而且有效.     

数控系统连续微段重构与插补算法

针对目前微段加工所采用的非重构微段加工方法中存在的因加工轨迹与设计曲线轮廓误差较大而产生的轮廓加工精度较低的问题,及因微段节点处速度方向不连续而导致的加工表面质量不高、加工过程机床振动较大的问题,在计算机数控(computerized numerical control,CNC)中采用实时曲线重构与插补算法进行连续微段加工以实现对复杂曲面的高速高精度加工.微段插补技术包括样条曲线的实时重构及递推插补算法,及建立满足插补过程中加减速要求的且可以直接递推的插补样条曲线的重构条件.应用微段曲线重构技术进行的样件数控加工实验中,在保证曲线轮廓加工精度达到微米级精度的同时,加工速度提高了2～2.4倍.实验结果表明,实时曲线重构微段加工不仅可以实现在重构曲线的范围内只进行一次整体加减速的速度规划,提高加工效率,而且加工轨迹的进给速率的衔接平滑、轨迹光滑、表面质量好,并且利用重构的可以直接递推插补的样条曲线,有效解决了复杂算法加工过程中精度与运算速度的矛盾,提高了加工精度.     

基于轮廓最优圆逼近方法的轮廓误差控制

设计并实现了基于轮廓最优圆逼近方法的轮廓误差估计模型,该模型克服了常规方法对于任意加工曲线,廓误差计算过程复杂、计算量大、难以应用到实时任务的缺点,通过实时读取数控机床的位置反馈值和插补器的指令数据估算出轮廓误差值,结合双模糊变论域自适应控制算法,应用于两轴数控系统并实时补偿各单轴控制器,实现对复杂加工过程轮廓误差实时估算并补偿。在实验数控机床上加工两种典型轮廓,对比实验表明,所提出的基于轮廓最优圆逼近方法的双模糊变论域轮廓误差控制方法能有效减小加工轮廓误差,有更高的轮廓精度。     

数控系统连续微段重构与插补算法研究

针对目前微段加工研究中采用的非重构微段加工方法存在的加工轨迹与设计曲线轮廓误差较大,轮廓加工精度较低,及微段节点处速度方向不连续,因此加工表面质量不高,加工过程机床振动较大的问题。在计算机数控（Computerized Numerical Control,CNC）中采用实时曲线重构与插补算法进行连续微段加工以实现对曲面的高速高精度加工。微段插补技术包括样条曲线的实时重构及递推插补算法,及建立满足加减速要求的可以直接递推的插补样条曲线的重构条件。应用微段曲线重构技术进行的样件数控加工实验中,在保证曲线轮廓加工精度达到um级精度的同时,加工速度提高了2~2.4倍。实验结果表明,实时曲线重构微段加工不仅可以实现在重构曲线的范围内进行整体加减速速度规划,提高加工效率,而且加工轨迹的进给速度的衔接平滑,轨迹光滑,表面质量好,并且利用重构的可以直接递推插补的样条曲线,有效解决了平衡了复杂算法加工过程中精度与运算速度的矛盾,提高了加工精度。     

运行时间周期化工业机器人模型迭代寻优NURBS轨迹插补

为满足工业机器人高精度复杂曲线运动的需求,本文提出运行时间周期化工业机器人模型迭代寻优NURBS轨迹插补算法.首先,根据轨迹最大轮廓误差和机器人动力学特性对曲线分段.随后,提出优化回溯算法,使各子曲线段均可用S曲线加减速规划.之后,为保证机器人在进给速度极小值处不超速,将各加减速阶段运行时间调整为插补周期的整数倍,并对子曲线段衔接处速度平滑处理.最后,提出模型迭代寻优曲线插补,大大降低了速度波动率.仿真试验表明,该方法插补轨迹的各项指标均满足要求且最大速度波动率仅为0.000099%.真机试验也验证了该方法可有效减小轨迹误差.     

一种五段S曲线加减速算法的研究

加减速控制是运动控制系统关键技术之一。加速度是不连续的线性加速和减速,它是影响运动控制系统的重要因素。加减速指数算法具有较强的跟踪能力,但在更高的速度时,稳定性会很弱。这个问题可以通过常规的S形曲线加减速的方法来解决,但S形曲线加减速太复杂。因此,提出了一种新的S曲线的加减速。提出的五个阶段S曲线加减速算法满足实际多轴运动控制器的要求。该算法有五个运动阶段:加加速阶段,减加速阶段,恒速阶段,加减速阶段和减减速阶段。在起点和终点的速度都是零,并且加加速度时绝对最大值J。分析表明:加速度曲线算法是一条连续的曲线,它表示时间和速度之间的连续关系,可以平稳的得到速度和加速度。     

多路径段平滑过渡的自适应前瞻位姿插补算法

任务空间多路径段平滑过渡可提高工业机器人的运动速度.在非对称S曲线加减速控制的路径长度约束下,以给定速度不为零的路径衔接点和半径调节参数为基准,根据路径段的长度变化,自适应前瞻规划出路径段间最优衔接速度,并在相邻路径段间采用圆弧进行平滑过渡,路径段全程采用非对称S曲线加减速控制.为提高算法的通用性,根据S曲线加减速区段函数的特点,对加速和减速区段函数进行优化.在6自由度工业机器人实时控制系统平台上进行实验验证,结果表明,与传统加减速控制算法相比,该前瞻算法的作业执行效率可提高22.03%以上,并可实现多路径段间速度的平滑过渡和轨迹的修形.     

跳度限制的拐角运动学平滑算法

针对数控系统在高速加工过程中由于速度或加速度曲线不平滑导致惯性振动等问题,提出一种适用于高速、高精加工的新型拐角运动学平滑算法.该算法通过分析拐角附近的进给参数和跳度限制加速度曲线来精确计算进给运动在拐角处的最大转接速度和持续时间,生成可以精确控制拐角轮廓误差的光顺轮廓轨迹;该轮廓轨迹所组成的刀具路径可达到G3连续,加速度曲线可达到G1连续,实现在拐角处不间断进给运动,显著减少惯性振动和进给冲击.在Windows7系统(2 GHz,i5处理器)下,RTX8.0控制的X-Y实验平台中对比Bézier曲线插补算法,该算法在加工414.2 mm长的刀具路径时,拐角转接运动的持续时间减少近30%,在减少加工时间和提高加工质量方面潜力很大.     

数控机床上下料机器人运动控制轨迹优化研究

运动轨迹优化是工业机器人研究的一个重要领域.七段S型曲线是从传统的梯形加减速算法基础上发展而来的,尽管S型速度曲线控制算法提高了加减速过程中的稳定性,使运动过程中的速度变化连续,有较好的平滑性,但其加加速度仍存在阶跃变化问题,导致加速度存在明显的拐点,容易造成机器人在运动过程中发生冲击或振动.在上述研究的基础上,将多项式速度曲线控制算法与S型速度曲线控制算法相结合,提出了一种改进的S型速度曲线控制算法,通过优化加加速度,使其速度、加速度连续变化,曲线平滑性更好.在新代机械手臂控制系统下,对改进后S型速度曲线控制算法进行试验,证明所提出的算法在加减速过程中能够获得更加平滑的速度和加速度.