一种连续加工路径的速度曲线规划方法与流程

本发明涉及数控系统技术领域，尤其涉及一种连续加工路径的速度曲线规划方法。

背景技术：

前瞻控制能够提前对运动轨迹进行分析和处理，发现高曲率点和尖锐拐角，然后对路径上的速度进行规划，找出减速点，保证加工精度的同时满足机器人的加减速特性，在保证速度最大化的同时实现速度的平滑过渡。配天机器人提供连续微小线段前瞻控制插补功能，最大支持100段前瞻，在不影响插补轨迹精度的前提下极大地提高插补效率。

与传统速度规划算法相比，同等加工条件下，加工效率明显提高，使机器人的运动更加平稳可靠，但是目前在对速度进行规划处理时，存在有cpu多任务处理，间接提高了加工速度，速度回溯速度不满足,导致速度曲线不平稳。

技术实现要素：

基于背景技术中提出的与传统速度规划算法相比，同等加工条件下，加工效率明显提高，使机器人的运动更加平稳可靠，但是目前在对速度进行规划处理时，存在有cpu多任务处理，间接提高了加工速度，速度回溯速度不满足,导致速度曲线不平稳技术问题，本发明提出了一种连续加工路径的速度曲线规划方法。

本发明提出的一种连续加工路径的速度曲线规划方法，包括前瞻段，对所述前瞻段的固定段长采用分时处理的方法，且该方法包括以下实施方案：

步骤一：对划分的所述前瞻段再进行分小段前瞻，依次往后递推，对小段曲线先进行前推，获得前推速度，保证前推速度小于等于拐点速度限制；

步骤二：对不满足前推条件的点再进行回溯，获得回溯速度，回溯速度大于前推速度时，满足要求，则此小段前瞻结束；

步骤三：若所述回溯速度小于前推速度，则回溯速度不满足要求，继续往前回溯，直至回溯速度大于前推速度；

步骤四：若回溯到小段的首段曲线仍不满足要求时，此时需要修改首段加加速度来改变回溯速度进而获得首段的目标速度。

优选地，首先对所述前瞻取固定段长，约定本前瞻段的起点和终点速度为0，基于控制器一个周期内有多任务需处理，对本前瞻段进行划分，控制器对本前瞻段分时处理，先处理本前瞻段的小段，对小段处理完后，从小段处理结束处往后再移固定段数，保证固定段数的最后一个点速度为0，然后划分小段，控制器进行相同处理。

优选地，对本前瞻段划分的当前规划段进行速度前瞻规划时，采用前推方法，按照加速规律，计算拐点前推速度，并保证前推速度小于等于拐点最大速度；

所述步骤三中的当前规划段的拐点都满足前推条件则无需回溯，得到的回溯速度大于前推速度，则回溯速度满足条件，结束当前规划段速度规划；

若不满足，则按照上述方法将得到的回溯速度继续反向推导前一点的回溯速度，直至满足条件；

对于得到目标速度的点，将其作为起点，将得到的预估速度作为起点速度，长度为开始选取好的固定段数，并保证终点速度为0，按照上述步骤依次划分小段进行速度前瞻规划，直至前瞻结束；

若反向计算到当前规划段的首段，所述回溯速度仍不满足条件，此时需要修改加加速度来改变回溯速度，使其满足条件，这样当前规划段速度前瞻规划结束。

优选地，所述前瞻段的算法主要分为四个模块：数据过滤模块、前瞻模块、加减速模块和插补模块。

优选地，其中所述插补模块每个插补周期都会被调度，负责在每个插补周期输出位移驱动各电机运动。

优选地，所述插补模块根据所述数据过滤模块过滤出的各数据段和所述前瞻模块计算出各数据段的运动参数，调用加减速模块的位置计算函数，计算出下个插补周期的位置点，再根据数据过滤模块计算出的数据段与坐标轴的夹角，驱动分轴运动。

优选地，若缓存区有n条轨迹线段待处理，首先取前瞻固定段长为100，控制器插补周期为1ms，控制器对本前瞻段分时处理，本前瞻段被分为5段进行处理，固定段长约定v1和v101拐点速度为0；拐点最大速度vmax：对于直线受直线过渡误差、拐角加速度、拐点上下段最大速度限制，对于圆弧受弓高误差、拐角加速度、离心加速度、拐点上下段速度限制。前瞻段的前推和回溯速度受拐点最大速度限制。

优选地，对本前瞻段分段后，p1-p21点为第一个规划段，要计算的拐点速度即v1-v21，对这20段进行前推,当前一个点的前推速度小于当前点的前推速度时则继续前推，即vi_forward<vi+1_forward则满足前推条件，如果当前规划段内有不满足前推条件的点时，则停止前推，并进行回溯。

优选地，对所述本前瞻段分时处理得到满足前推条件的点为pk(1≤k≤21)点的前推速度vk_forward，然后从pk点进行回溯，得到对应的回溯速度vk_backward，vk_backward≥vk_forward时则满足条件，此时可计算得到本规划段的末端速度v1_e。

若vk_backward<vk_forward则不满足条件，需要再往前回溯，直至vj_backward≥vj_forward满足条件，则此段速度规划完成；若

回溯到本规划段的第一个点回溯速度仍不满足条件，此时需要修改回溯速度，不然前瞻会报错，增加首段的最大加加速度jmax来保证首段的回溯速度满足条件，可以得到的首段最大加加速度j1_backward，得到首段的最大加加速度j1_backward后，由此可计算得到首段的回溯速度。

优选地，假设第一个规划段回溯速度满足的点为j(1≤j≤21)，得到末端速度为vj,e，因为前瞻的固定段长为100，所以此时前瞻段变为pj-pj+100，pj点的起始速度为vj,e，pj+100点的速度为0，cpu对此前瞻段依然分时处理，规划段变为pj-pj+20，前推+回溯的方法进行速度规划得到末端速度，依此类推，直至前瞻结束。

本发明中的有益效果为：

1、该连续加工路径的速度曲线规划方法，与现有方法速度前瞻规划相比，对取固定段长的前瞻段速度规划计算量大、cpu不及时响应的问题进行了处理，简化了计算，提升了效率；对速度计算采取前推+回溯的方法，简化前推和回溯方法，两者相结合，使速度更平滑柔顺过渡；对于回溯到首段速度仍不满足的情况进行研究，通过适当修改加加速度得到满足条件的回溯速度，速度在这种情况下对系统加工质量更佳。

2、该连续加工路径的速度曲线规划方法，通过对前瞻段固定段长采用分时处理方法，解决了cpu多任务处理(除前瞻任务外cpu任务还包括执行梯形图程序、io响应和g代码解析等)不能及时响应的问题，间接提高了加工速度，对速度前瞻规划采用前推+回溯相结合的简化方法，对回溯速度不满足时采取了再继续回溯的方法，回溯到首段仍不满足时，进行修改加加速度回溯，解决了回溯速度不满足的情况，使速度曲线更平稳。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

附图说明

图1为本发明提出的一种连续加工路径的速度曲线规划方法的控制器分时处理流程图；

图2为本发明提出的一种连续加工路径的速度曲线规划方法的前瞻主流程图；

图3为本发明提出的一种连续加工路径的速度曲线规划方法的插补模块调度图；

图4为本发明提出的一种连续加工路径的速度曲线规划方法的前瞻模块流程图；

图5为本发明提出的一种连续加工路径的速度曲线规划方法的转接点速度图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-5，一种连续加工路径的速度曲线规划方法，包括前瞻段，对前瞻段的固定段长采用分时处理的方法，且该方法包括以下实施方案：

步骤一：对划分的前瞻段再进行分小段前瞻，依次往后递推，对小段曲线先进行前推，获得前推速度，保证前推速度小于等于拐点速度限制；

步骤二：对不满足前推条件的点再进行回溯，获得回溯速度，回溯速度大于前推速度时，满足要求，则此小段前瞻结束；

步骤三：若回溯速度小于前推速度，则回溯速度不满足要求，继续往前回溯，直至回溯速度大于前推速度；

步骤四：若回溯到小段的首段曲线仍不满足要求时，此时需要修改首段加加速度来改变回溯速度进而获得首段的目标速度。

本发明中，首先对前瞻取固定段长，约定本前瞻段的起点和终点速度为0，基于控制器一个周期内有多任务需处理，对本前瞻段进行划分，控制器对本前瞻段分时处理，先处理本前瞻段的小段，对小段处理完后，从小段处理结束处往后再移固定段数，保证固定段数的最后一个点速度为0，然后划分小段，控制器进行相同处理。

本发明中，对本前瞻段划分的当前规划段进行速度前瞻规划时，采用前推方法，按照加速规律，计算拐点前推速度，并保证前推速度小于等于拐点最大速度；

步骤三中的当前规划段的拐点都满足前推条件则无需回溯，得到的回溯速度大于前推速度，则回溯速度满足条件，结束当前规划段速度规划；

若不满足，则按照上述方法将得到的回溯速度继续反向推导前一点的回溯速度，直至满足条件；

对于得到目标速度的点，将其作为起点，将得到的预估速度作为起点速度，长度为开始选取好的固定段数，并保证终点速度为0，按照上述步骤依次划分小段进行速度前瞻规划，直至前瞻结束；

若反向计算到当前规划段的首段，回溯速度仍不满足条件，此时需要修改加加速度来改变回溯速度，使其满足条件，这样当前规划段速度前瞻规划结束。

本发明中，前瞻段的算法主要分为四个模块：数据过滤模块、前瞻模块、加减速模块和插补模块。

本发明中，其中插补模块每个插补周期都会被调度，负责在每个插补周期输出位移驱动各电机运动。

本发明中，其中插补模块每个插补周期都会被调度，负责在每个插补周期输出位移驱动各电机运动

本发明中，插补模块根据数据过滤模块过滤出的各数据段和前瞻模块计算出各数据段的运动参数，调用加减速模块的位置计算函数，计算出下个插补周期的位置点，再根据数据过滤模块计算出的数据段与坐标轴的夹角，驱动分轴运动。

本发明中，若缓存区有n条轨迹线段待处理，首先取前瞻固定段长为100，控制器插补周期为1ms，控制器对本前瞻段分时处理，本前瞻段被分为5段进行处理，固定段长约定v1和v101拐点速度为0；拐点最大速度vmax：对于直线受直线过渡误差、拐角加速度、拐点上下段最大速度限制，对于圆弧受弓高误差、拐角加速度、离心加速度、拐点上下段速度限制。前瞻段的前推和回溯速度受拐点最大速度限制。

本发明中，对本前瞻段分段后，p1-p21点为第一个规划段，要计算的拐点速度即v1-v21，对这20段进行前推,当前一个点的前推速度小于当前点的前推速度时则继续前推，即vi_forward<vi+1_forward则满足前推条件，如果当前规划段内有不满足前推条件的点时，则停止前推，并进行回溯。

本发明中，对本前瞻段分时处理得到满足前推条件的点为pk(1≤k≤21)点的前推速度vk_forward，然后从pk点进行回溯，得到对应的回溯速度vk_backward，vk_backward≥vk_forward时则满足条件，此时可计算得到本规划段的末端速度v1_e。

若vk_backward<vk_forward则不满足条件，需要再往前回溯，直至vj_backward≥vj_forward满足条件，则此段速度规划完成；若

回溯到本规划段的第一个点回溯速度仍不满足条件，此时需要修改回溯速度，不然前瞻会报错，增加首段的最大加加速度jmax来保证首段的回溯速度满足条件，可以得到的首段最大加加速度j1_backward，得到首段的最大加加速度j1_backward后，由此可计算得到首段的回溯速度。

本发明中，假设第一个规划段回溯速度满足的点为j(1≤j≤21)，得到末端速度为vj,e，因为前瞻的固定段长为100，所以此时前瞻段变为pj-pj+100，pj点的起始速度为vj,e，pj+100点的速度为0，cpu对此前瞻段依然分时处理，规划段变为pj-pj+20，前推+回溯的方法进行速度规划得到末端速度，依此类推，直至前瞻结束。

与现有方法速度前瞻规划相比，对取固定段长的前瞻段速度规划计算量大、cpu不及时响应的问题进行了处理，简化了计算，提升了效率；对速度计算采取前推+回溯的方法，简化前推和回溯方法，两者相结合，使速度更平滑柔顺过渡；对于回溯到首段速度仍不满足的情况进行研究，通过适当修改加加速度得到满足条件的回溯速度，速度在这种情况下对系统加工质量更佳。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。