[发明专利]一种速度规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种速度规划方法，具体为对包括空间曲线的加工轨迹进行速度规划方法。

背景技术

速度规划属于支撑智能装备的九大关键智能基础共性技术之一的“先进控制与优化技术”领域，通过合理的速度规划可以减少机床加工不合格产品的产生，可以有效的 “提升生产效率、技术水平和产品质量，降低能源资源消耗，实现制造过程的智能化和绿色化发展”（引自 《智能制造装备产业“十二五”发展路线图》中对对机床提出的技术发展路线）。在当今的工业领域中，随着加工产品复杂性的提高，加工轨迹已经跳出XYZ坐标系的范畴，开始向4自由度方向发展，即加工轨迹中包括有空间曲线，所谓的空间曲线轨迹是指除XYZ轴外还是需要第四个轴同步完成才能输出的轨迹，表现在设备在完成轨迹输出时需要作用部除XYZ运动外，还需要做出旋转；如何保证4自由度的设备能高效、平稳的工作便是迫切需要解决的关键。

如图1所示，要在一空间柱的侧面加工，其中虚线为加工轨迹，那么常规的加工设备由于作用部一直处于垂直向下无法在侧面进行加工，为实现侧面加工就必须将作用部倾斜一定角度，如图2所示。并且在加工过程中让作用部伴随XYZ维度的运动做旋转动作以确保作用部能绕开前进方向上的障碍（本文件中统称控制加工部件旋转的轴为W轴），如图3所示。

目前的4自由度空间加工系统大都采用4轴插补运动（4轴插补运动是指XYZW4个轴同时启动同时停止）实现空间作业，此方案在处理一些简单运动轨迹（XYZW4轴运动同起同停）时没有问题，能兼顾加工效率和加工质量，如图4所示。对于稍微复杂点的轨迹，若采用4轴插补运动则必然降低加工效率，如图5所示轨迹，要求W轴在AB段、CD段不参与运动，仅在BC段跟随XYZ轴做旋转运动，如果采用4轴插补运动在实现，根据插补运动的特性：各轴同时启动同时停止，其完成整个轨迹的XYZW矢量速度曲线图如图6所示，由图6可以看出，W轴启动和停止的位置，XYZ的速度也降为轨迹加工的起跳速度，如此必然影响加工效率；如果在保证B、C不降速的前提下采用4轴插补算法实现，其完成整个轨迹的XYZW矢量速度曲线图如图7所示，由图7可以看出，如果保证了通过B、C点时XYZ矢量不降速，那么W轴也必然以一个较高的速度启动，当达到C点时速度又突然降为0，如此虽然保证了加工效率，但由于速度突变造成的机械冲击也必然影响加工质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种速度规划方法，可以有效的解决现有技术中的问题，从而达到高效率高质量的加工要求。

本发明通过下述技术方案实现：

    一种速度规划方法，所述方法为对包含空间曲线的加工轨迹进行速度规划的方法，所述加工轨迹的空间曲线部分由W轴输出，其它部分由笛卡尔坐标系XYZ中的一个或多个轴输出，包括以下步骤：

（1）不考虑轨迹中空间曲线，采用拆分法对笛卡尔坐标系XYZ中一个或多个轴输出轨迹进行速度规划；

（2）在步骤（1）的基础上采用不等长拆分法对轨迹中空间曲线进行速度规划时，其中W轴升速段微线段长度递增，常速段微线段长度不变；降速段微线段长度递减，要求W轴输出一个空间曲线上一个微线段的时间同笛卡尔坐标系XYZ轴中一个或多个轴输出一个微线段的时间相等。

进一步的，所述步骤（1）中将整个轨迹按等长L拆分成微线段，拆分时不考虑W轴，利用现有技术对笛卡尔坐标系XYZ中的一个或多个轴输出轨迹进行速度规划；

     所述步骤（2）采用不等长分段的方案对W轴的运动轨迹进行拆分，并以此为基础进行速度规划，具体如下：

    （2.1）获得设定的Vmax、W轴电机的加速度Aw，空间曲线段W轴运动距离为Lw，通过步骤（1）获得空间曲线段XYZ的运动距离为Len，XYZ的输出轨迹上拆分各微线段的长度L和所分段数N；

    （2.2）对空间曲线轨迹进行不等长分段，其中将空间曲线轨迹拆分成不等长的N段，

     （2.2.1）通过公式 Lw = Aw×N×n×(L/Vmax)×(L/Vmax) – Aw×n×n×(L/Vmax)× (L/Vmax) 计算升降速段微线段段数n;

（2.2.2）根据计算结果确定W轴升降速段数n：如果n>N/2，则取n=N/2，相应的计算计算出W轴常速段段数为N-2n；

    （2.3）计算W轴各个微线段的长度和速度