一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，包括以下步驟：1）取得各軸當(dāng)量脈沖數(shù)；2）設(shè)置虛擬軸當(dāng)量脈沖數(shù)，計算虛擬軸與各軸當(dāng)量脈沖數(shù)比率Rx，Ry，Rz；3）設(shè)置W軸許可最大速度，根據(jù)W軸許可最大速度及當(dāng)前目標(biāo)加工速度計算虛擬軸與W軸比率Rw；4）對速度前瞻模塊設(shè)置各軸速度參數(shù)；5）將加工運動軌跡分解到XYZW軸直線插補(bǔ)集合，通過速度前瞻模塊接口依次輸出到速度前瞻模塊；6）根據(jù)步驟2）和3）換算各軸輸出長度，計算每條微線段輸出長度；7）根據(jù)步驟6）輸出的微線段長度，兩兩間計算許可速度，通過應(yīng)用虛擬軸技術(shù)降低多軸速度前瞻數(shù)據(jù)計算量，進(jìn)而降低控制器運行負(fù)載，利于對加工過程運動的控制。
【專利說明】一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及點膠加工的應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制 算法。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)點膠軌跡為工件內(nèi)壁或外壁涂膠的場合時，需要輔助旋轉(zhuǎn)軸，以下簡稱W軸，調(diào) 整焊槍姿態(tài)，以繞開障礙物。該點膠軌跡涉及點膠設(shè)備的膠頭示意圖如圖1，圖1所示的整 個膠頭可實現(xiàn)4自由度的運動，一般情況下，XY方向運動由機(jī)械XY橫梁上由同步皮帶傳動， Z方向運動由滾軸絲桿傳動，W方向運動由電機(jī)軸經(jīng)過減速器后直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。W軸電機(jī)帶 動膠頭旋轉(zhuǎn)，膠頭以Z軸為旋轉(zhuǎn)中心，即膠頭上的針頭始終處于Z軸上，加工場景如圖2所 示，實現(xiàn)圖示軌跡的加工，其中粗箭頭為每一個示教點點膠膠頭與工件的角度，也即加工過 程中各種需要控制膠頭跟隨加工軌跡實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)輸出。
[0003] 針對這種應(yīng)用場景，現(xiàn)有的技術(shù)方案1是只針對加工軌跡中的XYZ空間軌跡軸進(jìn) 行速度前瞻運算，將速度前瞻的軌跡與速度分解到坐標(biāo)軸XYZ軸中，旋轉(zhuǎn)軸即W軸作為跟 隨運動軸在運動輸出過程中進(jìn)行控制。該技術(shù)方案中由于在速度前瞻算法中忽略旋轉(zhuǎn)軸W 軸，因此旋轉(zhuǎn)軸W軸的固有限制和約束難以合適、精確地進(jìn)行速度前瞻的輸出，這種技術(shù)缺 陷導(dǎo)致：在點膠過程中尤其是小曲率半徑點膠過程中，旋轉(zhuǎn)軸W軸完全處于被動跟隨狀態(tài)， 旋轉(zhuǎn)軸W軸因旋轉(zhuǎn)角度大，旋轉(zhuǎn)速度快從而產(chǎn)生丟步堵轉(zhuǎn)的問題。
[0004] 現(xiàn)有的技術(shù)方案2是，針對加工軌跡中XYZW軸進(jìn)行全4軸的速度前瞻，將速度前 瞻的軌跡與速度分解到XYZW4軸。此技術(shù)方案2由于是全4軸的速度前瞻，其算法復(fù)雜計 算量大，因此對于在線計算輸出的應(yīng)用場景下，計算機(jī)CPU的運算性能以及圖形復(fù)雜程度 都成為制約加工輸出速度的因素，從而導(dǎo)致在高速輸出時數(shù)據(jù)因銜接不上出現(xiàn)停頓堵轉(zhuǎn)的 情況。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于：提供一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，主要應(yīng)用虛擬軸 技術(shù)，通過直角坐標(biāo)設(shè)備中的旋轉(zhuǎn)軸控制算法換算各軸當(dāng)量脈沖數(shù)與虛擬軸當(dāng)量脈沖數(shù)的 比率，進(jìn)而設(shè)備中各軸與虛擬軸通過電子齒輪實現(xiàn)聯(lián)動。
[0006] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，包括以下 步驟：
[0007] (a)取得各軸X、Y、Z、W各軸的當(dāng)量脈沖數(shù)δX，δy,δZ,δw;
[0008] (b)設(shè)置虛擬軸當(dāng)量脈沖數(shù)δν，取XYZ軸中最大當(dāng)量脈沖數(shù)作為虛擬軸當(dāng)量脈沖 數(shù)δV=max(δX，δy,δζ)，且根據(jù)虛擬軸與各軸當(dāng)量脈沖數(shù)計算虛擬軸與XYZ三根軸的 比率Rx、Ry、Rz,計算公式Rx=δν/δX，Ry、Rz計算公式相同；
[0009] (c)設(shè)置W軸許可最大速度，W軸為輔助旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)設(shè)置的W軸許可最大速度以 及目標(biāo)加工速度計算虛擬軸與W軸的比率Rw，計算公式I 其中，P 表示目標(biāo)加工速度，δV表示虛擬軸當(dāng)量脈沖數(shù)，δw表示W(wǎng)軸當(dāng)量脈沖數(shù)，Vw_max表示W(wǎng)軸 許可最大速度，其中W軸許可最大速度為機(jī)械設(shè)備的工藝參數(shù)；
[0010] (d)設(shè)置速度前瞻模塊內(nèi)的速度參數(shù)，速度參數(shù)包括各軸許可跳變速度，目標(biāo)加工 速度，加工加速度，其中目標(biāo)加工速度是用戶根據(jù)不同加工任務(wù)或者工藝設(shè)置的速度； [0011] (e)將加工運動分解到XYZW4軸直線插補(bǔ)集合或?qū)A弧線段拆分為微線段集合， 通過速度前瞻模塊接口依次輸出到速度前瞻模塊，其中直線插補(bǔ)集合和微小線段集合均可 通過ΛX，Λy，ΛZ，Λw表示為多個線段的集合；
[0012] (f)速度前瞻模塊進(jìn)行處理，根據(jù)虛擬軸與各軸的比率R計算每條直線插補(bǔ)線段 或微線段虛擬軸的矢量和長度，且根據(jù)步驟b和c獲得的比率Rx、Ry、Rz、Rw計算各軸按比 率的輸出長度，計算得到每一條直線插補(bǔ)線段與微線段輸出長度，該輸出長度結(jié)果用于速 度前瞻模塊內(nèi)部計算拐點許可速度，其中每一條直線插補(bǔ)線段與微線段的輸出長度可表示 ,Ay^Az9；
[0013] (g)根據(jù)步驟f輸出的每一條直線插補(bǔ)線段或微線段長度，兩兩間計算許可速度， 取其最小值為拐點許可速度。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟g許可速度的計算步驟包括：
[0015] (g. 1)取得兩個相鄰微線段PlP2、P2P3三個點絕對坐標(biāo)值，Pl(Plx，Ply，Plz， Plw)、P2 (P2x，P2y，P2z，P2w)、P3 (P3x，P3y，P3z，P3w);
[0016] (g. 2)根據(jù)步驟g.I取得的絕對坐標(biāo)值，分別計算兩個微線段的單位矢量5、, 其中l(wèi)i、I2分別為兩個微線段的長度；

【權(quán)利要求】
1. 一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，其特征在于，包括以下步驟： (a) 取得X、Y、Z、W各軸的當(dāng)量脈沖數(shù)δX，δy,δZ,δw; (b) 設(shè)置虛擬軸當(dāng)量脈沖數(shù)δν，取XYZ軸中最大當(dāng)量脈沖數(shù)作為虛擬軸當(dāng)量脈沖數(shù) δV=max(δX，Sy,δζ)，且根據(jù)虛擬軸與各軸當(dāng)量脈沖數(shù)計算虛擬軸與XYZ軸的比率Rx、 Ry、Rz，計算公式Rx=δν/δX，Ry、Rz計算公式相同； (c) 設(shè)置W軸許可最大速度，W軸為輔助旋轉(zhuǎn)軸，根據(jù)設(shè)置的W軸許可最大速度以及目 標(biāo)加工速度計算虛擬軸與W軸的比率Rw，計算公式其中，*表示 目標(biāo)加工速度，δν表示虛擬軸當(dāng)量脈沖數(shù)，δw表示W(wǎng)軸當(dāng)量脈沖數(shù)，νw_max表示W(wǎng)軸許可 最大速度； (d) 設(shè)置速度前瞻模塊內(nèi)的速度參數(shù)，速度參數(shù)包括各軸的許可跳變速度，目標(biāo)加工速 度、加工加速度； (e) 將加工運動分解到XYZW4軸直線插補(bǔ)集合或?qū)A弧線段拆分為微線段集合，通過 速度前瞻模塊接口依次輸出到速度前瞻模塊； (f) 速度前瞻模塊進(jìn)行處理，根據(jù)虛擬軸與各軸的比率R計算每條直線插補(bǔ)線段或微 線段虛擬軸的矢量和長度，且根據(jù)步驟b和c獲得的比率Rx、Ry、Rz、Rw計算各軸按比率的 輸出長度，計算得到每一條直線插補(bǔ)線段與微線段輸出長度，該輸出結(jié)果用于速度前瞻模 塊內(nèi)部計算拐點許可速度； (g) 根據(jù)步驟f輸出的每一條直線插補(bǔ)線段與微線段長度，兩兩間計算許可速度，取其 最小值為拐點許可速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，其特征在于：所述步 驟g許可速度的計算步驟包括： (g.l)取得兩個相鄰微線段P1p2、p2P3三個點絕對坐標(biāo)值， f*2y，P2Z，P2W)、P3 (P3X，f*3y，P3Z，P3W); (g.2)根據(jù)步驟g.1取得的絕對坐標(biāo)值，分別計算兩個微線段的單位矢量§!、焉》其中l(wèi)i、I2分別為兩個微線段的長度；
(g. 3)設(shè)P2矢量速度大小為Vp2，經(jīng)At時間，矢量速度方向由S1變成焉，由此X、Y、Z、W軸產(chǎn)生的速度變化量為；
(g. 4)根據(jù)設(shè)置的X、Y、Z、W軸許可的跳變速度代入上述公式中的Λνχ、ΛVy、Λνζ、Λvw 求滿足各軸許可跳變速度的條件下，該拐點許可速度，取其最小值則為拐點許可速度。 V-min(vP2x,vP2y,vP2z,vP2w)
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，其特征在于：W軸在圓 弧加工軌跡中處于連續(xù)運動狀態(tài)時，W軸起始運動點起跳速度小于W軸許可跳變速度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，其特征在于：圓弧中 間運行過程中，按照軌跡等長拆分算法，兩兩微線段間W軸相對虛擬軸矢量一致，且W軸處 于連續(xù)加速狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，其特征 在于：W軸在圓弧加工軌跡中處于連續(xù)運動狀態(tài)時，W軸終止運動點停止速度小于W軸許可 跳變速度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，其特征在于：所述W 軸在直線加工軌跡中無運動輸出時，XYZ軸的許可跳變速度約束虛擬軸的許可速度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，其特征在于：所述曲 線運動軌跡中，XYZ軸處于無運動狀態(tài)時，XYZ軸停止速度小于XYZ許可跳變速度，W軸起始 運動點起跳速度和終止運動點停止速度均小于W軸許可跳變速度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，其特征在于：所述W 軸許可跳變速度通過W軸JOG測試取得。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種直角坐標(biāo)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸控制算法，其特征在于：所述加 工速度為加工過程中加工設(shè)備在空間的移動速度，且加工速度不大于目標(biāo)加工速度。
【文檔編號】G05B19/41GK104317250SQ201410505448
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】蘇詩捷 申請人:成都樂創(chuàng)自動化技術(shù)股份有限公司