[发明专利]用于嵌入式数控设备的柔性加减速控制插补方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控加工和机器人技术领域中的数字控制系统的运动控制方法，具体地说是用于嵌入式数控设备的柔性加减速控制插补方法。

背景技术

数字控制系统的速度规划方法对数控机床零件加工质量和机器人运动会产生很大影响，如果速度规划方法不合理，加速度发生较大的突变，极易使数控设备产生振动，从而影响零件加工精度和机器人的运动精度。常用的速度规划方法主要有直线加减速模型速度规划方法和S形曲线加减速模型的速度规划方法。

直线加减速模型比较简单，计算量较小，编程简单，算法容易实现，机床和机器人的响应速度快，机床数控加工和机器人运动效率高，但是在加减速过程中加速度会产生突变，对机床和机器人的运动产生冲击，影响运动平稳性和运动精度，因此不适合高速高精度运动数控机床和机器人设备。S形曲线加减速模型的速度规划方法由于加速度连续变化，数控设备运动平稳，运动精度高，因此适用于高速高精度控制的数字控制系统，但S形曲线加减速模型是一个三阶分段多项式，一个完整的S形曲线加减速模型由七个阶段组成，在S形曲线加减速模型速度规划过程中，根据运动路径长度对模型进行分段求解，计算量大，编程复杂，需要的系统资源大，耗费的时间长，对于嵌入式数控设备而言，由于系统资源有限，从而影响速度规划和插补计算的实时性。

发明内容

针对现有技术中数字控制系统直线加减速模型的速度规划中存在加速度突变致使运动时对数控设备产生振动和冲击以及S形曲线加减速模型的速度规划中计算量大，算法复杂，需要系统资源大，耗费时间长等问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种有效地降低数字控制系统在数控设备高速运动过程中产生的振动和冲击，缩短S形曲线加减速的速度规划时间，实现数控设备柔性加减速控制的插补计算方法。该方法实现简单，对系统资源要求低，有效实现数控设备的高速高平稳和高精度运动，可应用于高速高精度加工的数控机床和高精度运动的机器人领域。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

包括以下步骤：对输入的运动路径信息进行前瞻处理，确定每段运动路径所需的相关参数；对每段运动路径按照直线加减速模型进行速度规划并通过插补计算得到每个插补周期的插补长度；以直线加减速插补计算得到的插补长度进行平滑处理，得到每个插补周期的插补数据，从而实现一种具有柔性加减速控制的插补方法；将插补数据传给伺服驱动器控制伺服电机运动，从而实现数控设备的运动控制。

所述的对输入的运动路径信息进行前瞻处理是指确定每段运动路径的起点速度、终点速度、允许的最大速度和柔性化处理的柔化长度。根据相邻线段之间的夹角大小和动力学特性，确定转接点实现平滑过渡所允许的速度，其中包括每段运动路径所允许的最大起始速度和终点速度；根据当前运动路径距离确定本段路径的最大速度；根据系统最大加加速度确定每段运动路径柔性化处理的柔化长度。

所述的根据系统最大加加速度确定每段运动路径柔性化处理的柔化长度是指根据直线加减速模型速度规划方法得到的第i段运动路径的第二个插补周期和第三个插补周期的速度确定柔化长度，其柔化长度可表示为：

Ni≥JmaxTsvi,3-vi,2---(1)]]>

式中N_i为第i段运动路径的柔化处理的柔化长度，J_max为系统允许的最大加加速度，T_s为插补周期，v_i，2为第i段运动路径的直线加减速第二个插补周期的速度，v_i，3为第i段运动路径的直线加减速第三个插补周期的速度。