本發(fā)明涉及運動控制系統(tǒng)的速度處理技術(shù)，特別是涉及通用運動控制器、數(shù)控系統(tǒng)和機器人控制系的微小線段動態(tài)前瞻控制方法。

背景技術(shù)：

具有復(fù)雜型面工件的加工一般都是先通過CAM等軟件把曲面曲線打斷成大量的微小線段，再通過運動控制系統(tǒng)以直線插補或圓弧插補的方式完成復(fù)雜型面工件加工。由于復(fù)雜型面被打斷成大量的微小線段，要實現(xiàn)復(fù)雜型面工件的高速度高精度加工，微小線段速度控制具有重大意義。它不僅直接影響工件的加工質(zhì)量，加工效率，還影響加工設(shè)備的壽命。因為如果每一段微小線段的進給速度都從零開始加速然后再減速到零，將極大地降低平均進給速度，從而導(dǎo)致加工效率低下。另外，頻繁的加減速也會降低加工工件的表面質(zhì)量，加大電機負荷，降低電機壽命。

為解決上述問題，目前對微小線段的加工主要采用前瞻控制方法，使得每一段軌跡不用從零加速然后再減速到零。但是現(xiàn)有的前瞻控制方法存在以下四方面缺陷：(1)為了使得最后一段終點速度為0，目前的控制系統(tǒng)需要使用者指出某一段軌跡為最后一段，這在使用者也不知道哪一段是最后一段的情況下(比如微小線段軌跡是通過視覺系統(tǒng)得到)，無法使用，或者末段速度有跳動；(2)需要確定前瞻段數(shù)，這不僅會導(dǎo)致運動控制系統(tǒng)需要比較大的存儲資源，而且當前的微小線段軌跡塊前瞻插補完成后，需要等待下一 個微小線段軌跡塊完成前瞻計算才能重新插補，這個缺陷會降低整體效率(3)軌跡段段間銜接速度沒有考慮插補周期只能是整數(shù)倍這個影響因素，這個缺陷會導(dǎo)致對一些插補周期小于2，或者起始速度等于運行速度且等于停止速度的軌跡段進行速度規(guī)劃時，實際規(guī)劃出的起始速度或停止速度有偏差，從而導(dǎo)致插補時速度產(chǎn)生突變，影響加工精度；(4)相鄰兩段直線軌跡段夾角極小情況下，沒有做擬合處理，導(dǎo)致前瞻計算時間增加，且會降低加工效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種微小線段動態(tài)前瞻控制方法和裝置，解決了相鄰段間缺少擬合，分別獨自處理效率低的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種微小線段動態(tài)前瞻控制方法，包括以下處理過程：

確定前瞻控制指令中各相鄰的微小線段指令的運動方向之間的夾角物理量；

判斷所述夾角物理量是否小于預(yù)設(shè)的擬合角度物理量閾值；

對于所有夾角物理量小于擬合角度物理量閾值的兩條相鄰的微小線段指令擬合成新的微小線段指令。

優(yōu)選的，所述相鄰的微小線段指令的運動方向之間的夾角物理量為夾角的余弦值cosθ_i，其計算方式為：

其中：i＝1,2,3,……N，N表示接收到的待加工的微小線段數(shù)目；S_i表示微小線段指令L_i對應(yīng)的線段的長度；S_i+1表示微小線段指令L_i+1對應(yīng)的線段的長度；S_AB,i表示微小線段指令L_i對應(yīng)的線段的起點到微小線段L_i+1指令對應(yīng)的線段的終點的距離。所述的擬合角度物理量閾值的優(yōu)選取值范圍為大于0.9且小于0.9999999。

進一步的，還包括以下處理過程：

設(shè)置指令緩沖數(shù)量閾值；

判斷指令緩沖區(qū)中的微小線段指令數(shù)量是否達到所述緩沖數(shù)量閾值；

當達到時，對所述指令緩沖區(qū)中的微小線段指令進行轉(zhuǎn)接速度預(yù)計算；

否則，繼續(xù)在指令緩沖區(qū)中緩存微小線段指令，并統(tǒng)計所述微小線段指令的數(shù)量，返回所述判斷指令數(shù)量是否達到緩沖數(shù)量閾值的處理步驟。

優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)接速度預(yù)計算的具體過程為：

S41，計算在加速度約束和拐角約束條件下微小線段指令L_i+1和L_i轉(zhuǎn)接速度速度V_i，計算方式為：

其中：A_max表示運動設(shè)備能夠承受的最大加速度；T表示運動系統(tǒng)的插補周期；sinθ_i表示微小線段指令L_i+1和L_i在運動方向上夾角θ_i的正弦；

S42，判斷V_i是否滿足微小線段L_i+1路徑長度約束，并根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整V_i，計算方式為：

S421，判斷以下條件是否成立：

S422，如果成立，表示微小線段L_i+1為加速段且不滿足路徑長度約束，然后按以下方式調(diào)整V_i：其中：V_i-1表示微小線段指令L_i-1和L_i的轉(zhuǎn)接速度，S_i+1表示微小線段指令L_i+1對應(yīng)的線段的長度；進入步驟S424；

S423，如果不成立，判斷以下條件是否成立：

如果成立，表示微小線段L_i+1為減速段且不滿足路徑長度約束；然后按照以下方式調(diào)整V_i-1后，置i＝i-1，并返回步驟S421；如果不成立，進入步驟S424；

S424，判斷以下條件是否成立：

V_if＝V_i-1＝V_i

如果成立，按照以下方式計算微小線段L_i+1的插補周期數(shù)N：

然后再按照以下方式調(diào)整V_i、V_i-1、V_if：

其中V_if為微小線段L_i+1的進給速度；然后轉(zhuǎn)入步驟S421；

如果不成立，轉(zhuǎn)入步驟S421。

進一步的，還包括以下處理過程：

設(shè)置塊指令緩沖時間閾值；

判斷所述塊指令緩沖時間閾值內(nèi)指令緩沖區(qū)中的微小線段指令數(shù)量是否保持不變，且小于所述指令緩沖數(shù)量閾值；

如果是，則將所述指令緩沖區(qū)中的最后一條微小線段指令所對應(yīng)的微小線段的終點速度設(shè)置為零。

進一步的，還包括以下處理過程：

設(shè)置段指令緩沖時間閾值；

對于指令緩沖區(qū)中的最后一條微小線段指令，判斷段指令緩沖時間閾值內(nèi)所述微小線段指令是否還是指令緩沖區(qū)中的最后一條微小線段指令；

如果是，則將該微小線段指令所對應(yīng)的微小線段的終點速度設(shè)置為零。

本發(fā)明還提供了微小線段動態(tài)前瞻控制裝置，包括：

夾角物理量計算模塊，用于確定前瞻控制指令中各相鄰的微小線段指令的運動方向之間的夾角物理量；

判斷模塊，用于判斷所述夾角物理量是否小于預(yù)設(shè)的擬合角度物理量閾值；

擬合處理模塊，用于對于所有夾角物理量小于擬合角度物理量閾值的兩條相鄰的微小線段指令擬合成新的微小線段指令。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明中，通過計算相鄰微小線段的夾角物理量，對于夾角在極小的情況下，將兩段擬合成一段。即只在相鄰兩段直線軌跡段夾角極小情況下，將相鄰兩段直線軌跡段擬合成為一段直線。跟全部軌跡段都擬合相比，它能夠極大地降低運算復(fù)雜度。跟全部不做擬合相比，它也能夠降低運算復(fù)雜度，提高相鄰兩段軌跡轉(zhuǎn)接速度。

進一步，本發(fā)明還實現(xiàn)了動態(tài)判斷當前接收到的軌跡段是否為最后一段。即在用戶通過視覺系統(tǒng)產(chǎn)生微小線段軌跡的情況下，用戶不必判斷哪一段軌跡是最后一段軌跡，運動控制系統(tǒng)會自動根據(jù)接收的運動命令情況自行判斷是否把當前軌跡段終點速度設(shè)置為0。這種控制方法使得用戶使用微小線段前瞻時更加方便，而且能夠保證軌跡終點速度平滑減速到0，不產(chǎn)生跳動。

此外，本發(fā)明還可以不需要靜態(tài)或者動態(tài)指定前瞻段數(shù)。即運動控制系統(tǒng)不需要事先設(shè)定或動態(tài)技術(shù)出前瞻段數(shù)，只需要插補開始前一次性前瞻和速度規(guī)劃一定數(shù)量的軌跡段之后，邊插補邊逐段前瞻。這個技術(shù)一方面能夠減少運動控制系統(tǒng)存儲空間，降低成本，另一方面能夠提高整體插補效率。

而且，本發(fā)明在前瞻計算時提前考慮插補周期影響，從而降低轉(zhuǎn)接速度的跳動，提高加工精度。在前瞻計算階段提前處理速度規(guī)劃階段產(chǎn)生的由于插補周期必須為整數(shù)使得軌跡段起點速度或者終點速度必須改變的問題，從而使得相鄰兩段軌跡轉(zhuǎn)接速度能夠平滑過渡，降低機械振動，提高插補精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明微小線段動態(tài)前瞻控制方法實施例一種基本流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例一中的擬合處理具體流程圖；

圖3是本發(fā)明實施例一中的塊前瞻模塊處理流程圖。

具體實施方式

以下結(jié)合實施例詳細先介紹本發(fā)明中的幾個關(guān)鍵技術(shù)點：擬合處理、塊前瞻處理和段前瞻處理。

本發(fā)明的擬合處理旨在對相鄰兩段直線軌跡段夾角極小情況下，將其擬合成為一段直線，從而減少前瞻計算時間，提高轉(zhuǎn)接速度。

本發(fā)明的塊前瞻處理，使得運動控制系統(tǒng)不需要靜態(tài)或者動態(tài)指定前瞻段數(shù)，從而提高整體插補效率，減少運動控制系統(tǒng)存儲空間，降低成本；而且在前瞻計算時提前考慮了插補周期影響，從而降低轉(zhuǎn)接速度的跳動，提高加工精度。

本發(fā)明的段前瞻處理實現(xiàn)了運動控制系統(tǒng)可以動態(tài)判斷當前接收到的軌跡段是否為最后一段，從而置最后一段軌跡的終點速度為0。

以下通過實施例分別對上述三種處理的具體實現(xiàn)進行詳細說明：

實施例一

如圖1所示為擬合處理、塊前瞻處理和段前瞻處理的一種時序邏輯，即先進行擬合處理，再判斷塊前瞻處理是否完成，如果沒有完成則進行塊前瞻處理，如果完成了則進行段前瞻處理。

在實際的控制中還可以采用其他不同的時序邏輯，或者省略一種或兩種處理，例如只進行擬合處理和塊前瞻處理等等?；谏鲜鋈N處理的各種時 序邏輯都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

以下就以實施例一的邏輯進行說明。運動控制系統(tǒng)接收到微小線段指令后，包括以下處理步驟：

一、擬合處理

擬合處理的原理就是根據(jù)微小線段指令軌跡參數(shù)做相應(yīng)的擬合處理；

如圖2所示處理步驟包括：

S11，計算微小線段指令L_i+1和L_i在運動方向上夾角θ_i的余弦；

S12，根據(jù)cosθ_i大小決定是否擬合微小線段指令L_i+1和L_i，如果cosθ_i大于0.999999，則將微小線段指令L_i+1和L_i擬合成新的微小線段L_i，反之，則不擬合；上述的0.999999為cosθ_i的閾值，其取值范圍可以為大于0.9且小于0.9999999，根據(jù)不同的擬合精度進行設(shè)置。

在S11中計算微小線段指令L_i+1和L_i在運動方向上夾角θ_i的余弦cosθ_i方式為：

其中：i＝1,2,3,……N，N表示運動控制系統(tǒng)接收到的待加工的微小線段數(shù)目；S_i表示微小線段L_i的長度；S_i+1表示微小線段L_i+1的長度；S_AB,i表示微小線段L_i的起點到微小線段L_i+1終點的距離。

二、塊前瞻處理

塊前瞻處理就是對指令緩沖區(qū)整體做前瞻處理。

對指令緩沖區(qū)做前瞻處理的步驟包括：

S21等待指令緩沖區(qū)數(shù)目達到閥值C，如果指令緩沖區(qū)數(shù)目達到閥值C，則等待結(jié)束，轉(zhuǎn)入步驟S22；

S22，計算微小線段指令L_i+1和L_i轉(zhuǎn)接速度V_i，轉(zhuǎn)入步驟S23；

S23，重復(fù)步驟S22直到指令緩沖區(qū)內(nèi)的微小線段指令前置處理完畢。

在上述的塊前瞻處理中，可以在步驟S21中增加以下的定時控制方式：如果超時Ta后指令緩沖區(qū)指令數(shù)目保持不變而且小于閥值C,則置指令緩沖區(qū)最后一段微小線段終點速度為0后，等待結(jié)束，轉(zhuǎn)入步驟S22。

在上述的塊前瞻處理中，如圖3所示，步驟S22中的轉(zhuǎn)接速度的計算方式具體可以為以下方式：

S41，計算在加速度約束和拐角約束條件下微小線段指令L_i+1和L_i轉(zhuǎn)接速度速度V_i，計算方式為：

其中：A_max表示運動設(shè)備能夠承受的最大加速度；T表示運動系統(tǒng)的插補周期；sinθ_i表示微小線段指令L_i+1和L_i在運動方向上夾角θ_i的正弦；

S42，判斷V_i是否滿足微小線段L_i+1路徑長度約束，并根據(jù)判斷結(jié)果調(diào)整V_i，計算方式為：

S421，判斷以下條件是否成立：

S422，如果成立，表示微小線段L_i+1為加速段且不滿足路徑長度約束，然后按以下方式調(diào)整V_i：其中：V_i-1表示微小線段指令L_i-1和L_i的轉(zhuǎn)接速度，S_i+1表示微小線段指令L_i+1對應(yīng)的線段的長度；進入步驟S424；

S423，如果不成立，判斷以下條件是否成立：

如果成立，表示微小線段L_i+1為減速段且不滿足路徑長度約束；然后按照以下方式調(diào)整V_i-1后，置i＝i-1，并返回步驟S421；如果不成立，進入步驟S424；

S424，判斷以下條件是否成立：

V_if＝V_i-1＝V_i

如果成立，按照以下方式計算微小線段L_i+1的插補周期數(shù)N：

然后再按照以下方式調(diào)整V_i、V_i-1、V_if：

其中V_if為微小線段L_i+1的進給速度；然后轉(zhuǎn)入步驟S421；

如果不成立，轉(zhuǎn)入步驟S421。

上述的轉(zhuǎn)接速度計算方式也可以其他的計算方式實現(xiàn)，這些實現(xiàn)方式都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

三、段前瞻處理

段前瞻處理的步驟包括：

S31，(判斷微小線段指令L_i+1是否是指令緩沖區(qū)內(nèi)最后一段指令，如果是，則等待時間Tb，等待時間Tb后，微小線段指令L_i+1還是指令緩沖區(qū)內(nèi)最后一段指令，則置L_i+1終點速度為零；

S32，調(diào)用步驟S22計算微小線段指令L_i+1和L_i轉(zhuǎn)接速度速度V_i。

本發(fā)明還公開了一種微小線段動態(tài)前瞻控制裝置，包括：夾角物理量計算模塊、判斷模塊和擬合處理模塊；其中，夾角物理量計算模塊，用于確定前瞻控制指令中各相鄰的微小線段指令的運動方向之間的夾角物理量；判斷模塊，用于判斷所述夾角物理量是否小于預(yù)設(shè)的擬合角度物理量閾值；擬合處理模塊，用于對于所有夾角物理量小于擬合角度物理量閾值的兩條相鄰的微小線段指令擬合成新的微小線段指令。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。