混合型加减速前瞻规划的多节NURBS曲线插补策略

为满足复杂型面零件的高速高精加工要求,将造型功能强大的NURBS曲线插补方法作为指定加工曲线的路径给定。为解决伺服系统中指令的不连续及起始速度(或加速度)超越伺服电机的极限,导致实际机械系统无法跟上所给命令的问题,采用了混合多节NURBS曲线前加减速前瞻运动规划。该方法在汲取了传统方法与直接卷积方法两者优点的同时,有效地规避了传统方法中无法降低转角误差和直接卷积方法中加工时间过长的缺点。仿真结果表明,所提出的策略能够使整个插补过程具有高度的柔性和连续性,进而能够满足高速高精加工的要求。

基于前瞻-滤波的加减速控制方法的研究

加减速控制是数控系统开发的关键技术之一,多程序段连续加工是高速数控系统发展的方向和要求。通过对传统的直线加减速规划算法进行改进,并结合前瞻技术和滤波技术,提出了一种简单、光滑、平稳、高速、连续的新型的加减速控制方法。该方法可以实现多程序段连续加工,提高加工效率;而且,单程序段直线加减速规划方法中因存在加速度突变的现象而造成的机床振动问题也可得到有效缓解。文中给出了该方法的仿真实验,通过实验结果可以看出,针对高速加工的目标,该方法切实可行而且有效。

通用型前瞻速度规划算法

为优化进给速度曲线,节约加工时间并提高加工质量,提出一种通用的前瞻速度规划算法。该算法可以在满足进给速度约束条件的前提下,对加工路径进行预读,实现进给速度的前瞻规划处理。算法以规划元为单位对加工路径进行划分,通过对加减速算法的抽象和封装实现不同种类的前瞻速度规划,以及对进给速度控制功能算法的重构。仿真和实验表明,该算法在几种不同加减速方式下都可以正确重构,实现进给速度的实时前瞻规划,改善数控机床的加工效率和运动平稳性。

连续多类型曲线段进给速度前瞻规划

为解决由直线、圆弧与参数曲线形成的多类型曲线段混合插补过程中的进给速度前瞻规划问题,提出一种连续多类型曲线段进给速度前瞻规划算法。该算法以预读的加工路径作为进给速度规划单元,通过曲线段划分生成连续多类型曲线段;根据插补几何误差与机床动力学参数建立段间衔接点进给速度约束;使用三次多项式型进给速度曲线,利用解析法精确计算各曲线段在曲线长度约束下的进给速度参数,以充分发挥机床的动力学性能;使用回溯重规划策略进行全局规划,实现段间速度连续性;通过进给速度规划残差补偿策略降低残余长度、提高终点精度。实例分析表明,该算法能显著提高终点精度、生成平滑的进给速度曲线、降低加工时间。通过加工实验验证了该算法有效、可行,并能充分发挥机床的动力学性能。

嵌入式数控系统速度前瞻规划算法研究

梯形加减速法被广泛地应用到嵌入式数控系统当中,为了进一步追求平稳和高效,在连续多段前瞻算法的基础之上做了改进,提出了单段前瞻后顾算法;通过仿真实验,对比分析了3种不同速度规划算法的效率和平稳性。结果表明,单段前瞻后顾算法能有效避免单次连续规划段数对效率和平稳性的影响,且能够有效减少电机加减数次数,执行效率也得到了小幅提升,与前人相比有不同程度提高。此外,算法能够在嵌入式数控系统平台(STM32F407)上实现,测量结果与仿真吻合。

采用编译方式的前瞻速度规划算法研究

为实现进给速度的优化,提高数控系统前瞻性,提出了一种采用编译运行方式的前瞻速度规划算法。该算法在插补模块运行之前,将待加工曲线段速度规划作为预处理工作一次性完成,算法受实时性的限制小,有效地提升系统前瞻性能。算法分为反向规划和正向规划两部分,规划之后得到每一曲线段速度的分段函数。基于S型曲线对称性,通过引入附加时间段,改进了S型加减速规划算法,考虑了速度单调的情况。并通过仿真实验证明了算法的有效性。

引入路径夹角的粒子群-禁忌搜索寻优的速度前瞻算法研究

对于数控系统中路径为连续微线段的情况,本文提出一种采用路径夹角进行优化的多轨迹速度前瞻算法。首先基于前后路径的约束关系初算衔接速度;其次,利用路径夹角对衔接速度和最大加加速度进行矢量函数映射;最后,将所得的加减速参数带入S加减速模型,得到非对称S型加减速数据。并且采用粒子群-禁忌搜索混合算法对路径夹角的调整系数进行优化,通过熵权法计算适应度函数合成指标的权重,得到全局最优解。结果表明,相较于传统S型加减速,本文采用的算法显著提高了加工效率,具有较高的柔性,极大的提升了加工精度。

嵌入式运动控制系统中前瞻控制技术的研究

传统的嵌入式运动控制系统中前瞻控制技术的应用存在实时性差、系统资源开销大,以及整体规划灵活性差的问题。为此,提出了基于PC加嵌入式系统的运动控制模式,通过PC图形化编程界面来完成加工路径整体速度规划和路径的加减速控制工作,并将前瞻控制的结果通过通信协议的扩充对每条加工路径起始和终止位置的加减速进行定义,嵌入式运动控制系统仅需按定义的内容来顺序执行每条加工指令,有效地克服了系统中存在的问题。

焊接机器人运动控制算法研究

运动控制系统是决定焊接机器人性能的关键部件之一。针对焊接机器人的作业要求和特点,探讨了改进焊接机器人性能的运动控制算法,包括6关节串联型焊接机器人运动学,运动平滑加减速规划,运动插补,速度前瞻算法等。力图摆脱国产机器人在核心技术方面受制于人,落后挨打的局面。基于Open GL(Open Graphics Library)的虚拟机器人模拟仿真以及实际机器人作业级实验结果,证明提出的算法是有效的,可用于国产焊接机器人的运动控制系统。

多轴联动条件下插补速度实时可调的前瞻控制算法

针对目前多轴联动条件下S形加减速算法复杂,一条插补线段内最大进给速度不能实时可调的问题,提出了一种插补速度实时可调的前瞻控制算法。算法首先根据机床特性和线段夹角建立了小线段衔接处进给速度的约束条件,然后采用加速度跟随原理提出了最大进给速度连续可调的S形加减速控制方法,在此基础上设计了一种加速度自适应调整的前瞻处理算法。该算法在不降低轨迹插补精度的前提下,能以最大的速度通过线段的转接点,从而使整个线段插补过程具有高度的柔性和快速性,能满足现代数控系统对前瞻处理的实时性要求。结果表明该算法有效降低了机床运动时的振动,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,工件表面质量也得到改善。