多轨迹段平滑过渡的前瞻插补算法

针对轨迹规划时采用首尾速度为零的加减速控制方法中存在的频繁启停,以及末端执行器在插补过程中加速度过渡不平滑等问题,提出了一种基于非对称S形加减速控制的多轨迹段平滑过渡的前瞻插补算法.该算法在相邻轨迹段间采用圆弧模型对衔接拐角处平滑过渡,在给定轨迹衔接点坐标和过渡圆弧半径等参数的情况下,规划出衔接圆弧处的最优速度.对插补算法中归一化因子的求解,采用一种新型柔性加减速控制算法,该算法由余弦加减速曲线在直线形加减速曲线上拟合而成,减少了余弦加减速算法的运算量,保证了加速度控制的平稳性.试验结果表明,该算法可以实现多轨迹段衔接处的圆滑过渡,保证运动速度的平滑度与连续性,有效提升了末端执行器的运行效率.     

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.     

反向插补的NURBS曲线前瞻插补算法

为了避免现有NURBS曲线前瞻插补算法在确定自适应减速起始点时不够准确而产生的减速距离大于实际需要距离的问题,防止插补出现低速运行区域,提出一种基于反向插补的减速点确定方法.在该方法中,前瞻算法从减速区域的终止点开始,采用S型加减速规划进行逆向插补,以确立逆向插补曲线与自适应插补曲线的交区间,将交区间的起始点作为自适应减速区间的起始点,并再次进行前瞻插补,得到理想的减速区域速度规划方案.仿真实验结果表明,文中算法有效地避免了插补过程中的低速运行现象,提高了插补效率.     

基于STEP-NC的CNC系统中NURBS插补技术研究

STEP-NC是一个用来实现CAD/CAM与CNC系统间数据交换的接口标准,基于STEP-NC的CNC系统是未来数控技术发展方向之一,该系统不但具有直线和圆弧插补功能,而且还具有样条曲线插补功能。为此设计了一个统一的基于NURBS样条曲线插补的通用插补器,并开发了一种基于等弧长的插补技术和插补算法。最后通过仿真和实例加工验证了该算法的有效性和可靠性。     

NURBS曲线参数插补的实时前瞻算法

针对引入自适应插补算法而使机床在进给过程中产生的进给速度突变,进给加速度超出机床最大允许值的问题进行了研究,提出了一种利用回溯和重插补的前瞻方法。当进入曲率敏感区域时,向前追溯已插补点,找到一个符合进给速度校验的点,从该点进行重新插补,将所得的插补速度代替之前自适应存储的速度,达到自行调整进给速度的目的,使得插补加速度在机床的允许范围内变化,保证机床平稳运行。仿真和实验结果验证了所提算法的有效性和实时性。     

基于三次样条函数的数控插补算法研究

针对复杂轮廓的曲线,在数据采样插补原理的基础上,采用了一种基于三次样条函数的插补算法。该方法能精确地拟合出复杂曲线的轮廓,且使得该曲线具有很好的连续性。在基于ARM数控装置上,对此算法进行了实验验证,验证了该方法的可行性。     

B样条快速求值算法及其在数控插补中的应用

通过对B样条的de Boor-Cox定义式分析,给出了一种基于向量扩展的B样条基函数快速求值算法。该算法能够将k次B样条非零值计算效率提高2k+1倍。该算法用于数控实时插补中的B样条曲线求值求导运算时,可获得比de Boor算法更高的计算效率。     

一种改进的NURBS曲线插补算法

针对NURBS曲线曲率变化过快或出现曲率不连续点会导致插补进给速率变化过快,超出机床的加减速能力。提出一种利用NURBS曲线曲率特征的改进插补算法。该算法根据NURBS曲线曲率的变化情况将曲线分成曲率平缓段和曲率突变段,在前瞻过程中扫描出曲率突变段,获得该段的起始点、终止点及最低速率点等信息,采用梯形加减速方法对该段进行速度规划,以满足机床动态特性,实现在曲率平缓段以指令速度插补,在曲率突变段以规划速度平滑插补。仿真实验结果表明,在保证加工精度的前提下,该增强算法以较高效率实现了曲率突变段的平滑插补。     

CNC系统中NURBS曲线插补及相关算法研究

为提高计算机数字控制（CNC）系统的轮廓控制精度,需解决系统控制软件样条直接输出的问题。基于Taylor公式得到了非均匀有理B样条（NURBS）曲线上两个相邻插补点参数间的递推关系。对于NURBS曲线插补过程中需要频繁计算的B样条基函数及其任意阶导数提出了一种分块矩阵连乘积形式的统一计算方法。应用数值计算方法解决了插补过程中曲线长度等的相关计算问题。实例运算表明所提出的方法可以应用到实际CNC系统中。     

四元数球面Bézier样条插补算法的研究

为了简化五轴CNC数控系统中的刀具定向运动的编程工作,提出一种基于四元数球面Bézier样条插补算法.该算法根据建立的刀具运动的空间数学模型,实时插补计算出刀具路径点和刀具定向矢量.实验结果表明,该算法不仅保证了刀具平移运动和旋转运动的同步协调性,而且有效的提高了加工精度,满足了五轴高速高精的加工要求.     

基于轨迹插补算法的切割机器人的研究

本文通过机器人控制指令系统RCX操纵机器人动作,利用轨迹插补算法自行研制一模拟切割机器人。该机器人能根据不同要求在空间绘制出直线或曲线轨迹,精度较高,可实际应用于生产过程。     

基于焊接机器人的实时轨迹插补算法

提出了一种实现焊接机器人实时轨迹插补的规划算法。该算法既能满足时间上的实时性,又能够在完成机器人当前轨迹插补的同时,实现在线调整插补参数,改变机器人当前插补方程,从而改变机器人运动轨迹与状态。而对于不同插补类型,只要找准对应线长的表示,不需要对算法本身进行修改,就可以完成相应的轨迹插补。该算法应用于“昆山一号”焊接机器人中,表明其满足焊接实时性和可调速性要求。     

数控加工中的二次曲线拟合与最优插补控制算法

本文提出一种基于二次B样条曲线对G01代码的拟合及插补方法,先通过自适应方法选取G01代码所描述的加工轨迹形状特征的各个特征点,再用通过所有特征点的二次B样条曲线拟合待加工路径.由于Timar等人提出的最优速度规划算法对于三次及三次以上的高阶次样条曲线的计算极为复杂,本文提出了一种改进的基于二次B样条曲线的时间最优插补计算方法.最后,将所提出的算法应用到实际的图案加工仿真与实际数控加工中.     

高速高精度运动控制算法的研究与应用

为解决裁床运动控制系统在加工不规则轨迹曲线中存在的插补精度低,效率不高的问题,提出了基于改进BP神经网络B样条曲线插补算法的研究与设计。该算法通过加入动量因子改进BP神经网络离线训练B样条曲线,利用负反馈校正输出预测插补点,避免了BP神经网络插补器自身带来的偏差。同时根据加工曲线曲率半径的变化完成对速度的前瞻规划,实现了加工在拐角处的高速过渡。最后在Matlab上进行了算法仿真并在实验平台上进行了测试,实验结果表明本文提出的裁床运动控制算法能够高效高精度的完成材料切割。     

一种基于节点插入技术的B样条曲线平滑方法

三次均匀B样条曲线是工程上广泛采用的曲线绘制方法。提高节点插入算法的效率,实现B样条曲线的平滑效果,是广大学者所关注的问题。文章给出了一种基于Tailor级数展开的三次均匀B样条曲线节点插入的生成算法,并利用该算法提供的节点插入技术来实现三次均匀B样条曲线的平滑效果。与Oslo算法的递推过程相比,该节点插入算法在一定程度上简化了运算过程,提高了算法的生成效率。     

非均匀三次B样条曲线插值的Jacobi-PIA算法

为了求解非均匀三次B样条曲线插值问题,基于解线性方程组的Jacobi迭代方法提出一种渐进迭代插值算法——Jacobi-PIA算法.该算法以待插值点为初始控制多边形得到第0层的三次B样条曲线,递归地求得插值给定点集的三次B样条曲线;在每个迭代过程中,定义待插值点与第k层的三次B样条曲线上对应点的差向量乘以该点对应的B样条系数的倒数为偏移向量,第k层的控制顶点加上对应的偏移向量得到第k+1层的三次B样条曲线的控制顶点.由于Jacobi-PIA算法在更新控制顶点时减少了一个减法运算,因而运算量更少.理论分析表明该算法是收敛的.数值算例结果表明,Jacobi-PIA算法的收敛速度优于经典的渐进迭代插值算法,与最优权因子对应的带权渐进迭代插值算法基本相同.     

基于带约束S型速度曲线的机械手笛卡尔空间轨迹规划

针对机械手在笛卡尔空间中轨迹规划问题，设计基于S型速度曲线的空间直线和空间圆弧插补算法。增加路径长度约束，将S型速度规划分为七段式、六段式、五段式和四段式4种类型；建立基于四元数的直线与圆弧运动的位姿模型，并采用弧长增量法插补技术实现轨迹规划。在六自由度机械手实时控制平台上进行了实验验证。结果表明:该算法可实现在路径长度约束下速度和加速度的自动调整；该算法可保证机械手末端加速度连续，有效减少冲击。     

五轴联动激光切割机数控系统空间直线和圆弧插补算法的研究

在示教生成零件加工程序的基础上,讨论了空间直线和圆弧的插补算法以及空间绝对坐标到机床运动坐标的变换,并对插补算法的误差进行了分析.这种插补算法通过控制五个联动的运动轴,可实现空间任意直线和圆弧的插补,从而在理论上使激光切割机能完成对空间曲面的切割加工.     

基于5次准均匀B样条的上肢康复机器人轨迹规划及优化研究

为了提高上肢运动障碍患者使用上肢康复机器人进行康复训练时的安全性和舒适性,基于5次准均匀B样条对一款五自由度上肢康复机器人进行了轨迹规划,再使用粒子群算法对规划的轨迹进行优化,获得冲击最优的轨迹曲线。最后在MATLAB平台进行了仿真,实验证明规划的轨迹曲线平滑、连续,且优化后的轨迹相较于优化前降低了78.35%的冲击。合理的轨迹设计为后续上肢康复机器人的控制研究打下了坚实的基础。