[发明专利]一种任意平面圆弧插补运动控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制器及其控制方法，尤其是涉及一种任意平面圆弧插补运动控制器及其控制方法。

背景技术

在运动控制领域中，任意平面圆弧插补一般采用PC计算出插补节点，然后下载到运动控制器。但该方法不能满足目前嵌入式应用的需求，为此需要开发一种简单实用的插补算法，以方便在嵌入式系统上能完成实时运算，并控制运动模块实现任意平面圆弧插补运动。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种实用的任意平面圆弧插补运动控制器及其控制方法。

本发明是这样实现的，一种任意平面圆弧插补运动控制器，其根据空间中任意平面圆弧上已知的三个点的坐标实现任意平面圆弧插补功能，该控制器包括：

平面方程计算单元，用于根据该已知的三个点的坐标，求取该已知的三个点所在的平面的平面方程；

XY平面转换单元，用于将该平面通过两次欧拉变换旋转到XY平面，其中，X与Y分别为坐标轴；

第一坐标换算单元，用于换算该已知的三个点在该XY平面下的坐标；

圆心与半径计算单元，用于根据该已知的三个点在该XY平面下的坐标计算出该圆弧的圆心与半径；

平移单元，用于将该圆心平移到该XY平面的原点；

插补点获取单元，用于将该圆弧分成一系列等间隔插补点；

圆心角计算单元，用于计算每个插补点的圆心角；

XY平面坐标计算单元，用于根据圆心角计算出相应插补点在该XY平面下的坐标；以及

第二坐标换算单元，用于将每个插补点在该XY平面下的坐标进行两次欧拉变换，计算出每个插补点在该任意平面下的最终坐标。

作为上述方案的进一步改进，该圆心角满足以下公式：

θ=2×sqrt(δ/R)，其中，θ代表该圆心角；sqrt表示开平方根；δ表示为该圆弧的起始点到终点用直线代替存在的最大误差；R表示为该圆弧的半径。

本发明还涉及一种任意平面圆弧插补运动控制方法，其根据空间中任意平面圆弧上已知的三个点的坐标实现任意平面圆弧插补功能，该控制方法包括以下步骤：

根据该已知的三个点的坐标，求取该已知的三个点所在的平面的平面方程；

将该平面通过两次欧拉变换旋转到XY平面，其中，X与Y分别为坐标轴；

换算该已知的三个点在该XY平面下的坐标；

根据该已知的三个点在该XY平面下的坐标计算出该圆弧的圆心与半径；

将该圆心平移到该XY平面的原点；

将该圆弧分成一系列等间隔插补点；

计算每个插补点的圆心角；

根据根据圆心角计算出相应插补点在该XY平面下的坐标；以及

将每个插补点在该XY平面下的坐标进行两次欧拉变换，计算出每个插补点在该任意平面下的最终坐标。

作为上述方案的进一步改进，该圆心角满足以下公式：

θ=2×sqrt(δ/R)，其中，θ代表该圆心角；sqrt表示开平方根；δ表示为该圆弧的起始点到终点用直线代替存在的最大误差；R表示为该半径。

本发明提供的任意平面圆弧插补运动控制器及其控制方法具有以下优点：工作可靠、实现简单，能实现高速高精度的任意平面圆弧插补功能。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式提供的任意平面圆弧插补运动控制器的模块结构示意图。

图2为图1中任意平面圆弧插补运动控制器的每个插补点的获取原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，本发明的任意平面圆弧插补运动控制器根据空间中任意平面圆弧上已知的三个点的坐标，实现任意平面圆弧插补功能。

该控制器包括平面方程计算单元1、XY平面转换单元2、第一坐标换算单元3、圆心与半径计算单元4、平移单元5、插补点获取单元9、圆心角计算单元6、XY平面坐标计算单元7、以及第二坐标换算单元8。