非均匀有理B样条曲线直接插补进给速度规划

在非均匀有理B样条直接插补算法中,为了提高插补实时性、克服前瞻规划算法的缺点,提出了基于进给速度预处理曲线的进给速度规划方法。该方法在插补前,通过建立进给速度预处理曲线来取代非均匀有理B样条曲线实时插补进给速度规划的前瞻算法。在速度规划过程中,为了防止进给加速度和加加速度超过机床性能要求,在曲线曲率变化较大的区域,采用基于逐点比较计算的方法规划每个参数点处的进给速度。通过MATLAB仿真表明所提方法具有较高的加工精度、良好的进给速度平滑效果和实时插补性能。

基于连续捷度的进给速度规划算法研究

针对大多数S形速度规划,常数捷度由于阶跃变化会引起机床的冲击和振动,给出了基于连续捷度的进给速度规划算法。首先对加工轨迹分段,然后根据每一段的距离、起始速度和终点速度进行基于连续捷度的速度规划。加加速与减加速阶段、加减速与减减速阶段的时间分别相等,且关于捷度、加速度和速度的表达式也相同。这种速度规划解析表达式简单,计算效率高,能满足实时性要求。最后通过仿真试验验证了该速度规划算法的有效性。

具有轴向动态约束的NURBS路径进给速度规划

在传统速度规划方法中,轴向加速度约束通常是定值约束,不能充分发挥机床轴向加减速性能,影响加工效率.对此提出了一种新的考虑轴向加速度动态约束的进给速度规划算法.首先,对NURBS曲线路径进行弧长自适应二分离散处理,获得弧长参数和采样点.之后,构建切向速度、加速度、加加速度约束和轴向加速度动态约束的优化模型,对采样点的多约束模型进行两次线性规划求解,得到采样点的优化进给速度.通过两次线性规划和轴向转矩参考处理,计算各轴在不同速度下的加速度上下极限动态约束,在提高加工效率同时没有增加搜索最优值的约束条件,具有较高计算效率.最后,对采样点进行样条拟合得到进给速度规划曲线.与传统定值约束规划对比实验的结果表明,所提算法牺牲最大轮廓误差2.63%,使加工时间降低了16.34%,提高加工效率的同时并没有牺牲较大精度,证明了算法的可行性和有效性.

NURBS曲线实时插补进给速度规划技术研究

为了解决NURBS实时插补进给速度规划过程中所存在的计算量大,实时性不高等问题,提出了离线进给速度规划方法。该方法在非实时周期内完成速度规划任务,并生成进给速度曲线。为了满足机床动力学约束,在规划过程中充分考虑了机床最大加速度和最大加加速度约束。仿真分析表明,该方法能够大幅减小实时插补周期的计算任务量,提高插补的实时性;同时,所规划的速度曲线满足机床动力学要求,具有良好的进给速度平滑效果,有利于提高插补精度。

参数化路径的S-型进给速度最优规划

基于曲线的路径参数化表示,提出了基于S-型光滑进给速度规划的最小燃料控制模型,解决了运动控制的柔性S-型加减速控制启发式算法的最优性量化与评价问题。通过在规划问题中引入速度、加速度和急动度边界约束,定量描述了轨迹的最优性光滑进给量;考虑机械惯性,假设分段S-型速度轨迹的始终点加速度为零过渡,使得模型对称易于求解;根据S-型速度控制的结构化特点,将最优控制问题转换为求解非线性规划问题。最小燃料模型比一般最短时间模型具有更宽泛的含义和应用可行性。通过曲率极值点的判断,可分段给出参数曲线的S-型速度规划。从单轴到多轴阐述了S-型速度的燃料指标最优规划问题,并引入关联轨迹控制的能耗评价,通过算例说明了所提方法的有效性。

数控加工时间最优进给速度的光顺研究

针对数控加工中时间最优速度规划光顺性不足的问题,对进给速度规划、高阶运动约束、曲线光顺等方面进行了研究与归纳,提出了一种固定部分区域的能量光顺方法。用B样条曲线表示速度曲线,以机床驱动限制等约束建立了时间最优模型,采用二分迭代的启发式算法获得了加工时间最优速度曲线;考虑到直接光顺会导致违反约束和失去原本的时间最优性的情况,提出了固定速度极小值区域和超限区域进行光顺的策略,建立了固定部分区域光顺的最优模型,并提出了求解方法;利用MATLAB对光顺前后速度曲线的光顺性、时间性、约束符合情况进行了测试。研究结果表明:在满足约束限制和保留大部分时间最优性的情况下,采用该方法后的加加速度平均振荡幅度下降了16.37%,有效改善了速度曲线的光顺性,有利于数控系统的平稳高效运行。

数控速度规划中的过象限摩擦误差约束

数控高速加工复杂轨迹时,过象限摩擦误差是轮廓误差的重要来源。将过象限摩擦误差约束加入速度规划模型,能有效弥补伺服系统中的摩擦力反馈补偿缺乏全局信息的缺陷,在保证加工精度的同时实现最优加工效率。首先建立了考虑摩擦影响的机床进给伺服系统动力学模型,结合数学推导与参数正交实验方法,针对光滑复杂轨迹研究了过象限摩擦误差产生机理,提出了系统换向时由摩擦产生的最大跟随误差的预测数学模型,并将其作为约束加入数控速度时间最优规划模型。实验结果表明:该模型可以较为精确地预测过象限摩擦误差。对比轨迹跟踪结果证明了包含过象限摩擦误差约束的速度规划能有效控制最终轨迹轮廓精度。

基于关节运动约束机器人高精度NURBS插补法

提出了一种面向工业机器人NURBS曲线的刀尖速度规划及高精度插补算法。基于传统的S速度规划,引入速度约束与时间约束的自适应算法;实现刀尖点运动学约束与关节运动学约束之间的解析映射;构建最大进给率、最大加速度约束预设值,在双向速度扫描中带入修正后的各约束及端点处的速度极值;采用了基于弧长参数化的补偿插补策略,解决累计误差问题;用平面S形路径对算法进行测试,验证了该方法的适用性和准确性。