本發(fā)明涉及路徑規(guī)劃領(lǐng)域，特別涉及一種夾角運動的路徑規(guī)劃方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著世界制造業(yè)的發(fā)展，越來越多的中小型企業(yè)運用數(shù)控設(shè)備來生產(chǎn)加工制造。而數(shù)控技術(shù)則是利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制。早期的數(shù)控系統(tǒng)是硬件數(shù)控，現(xiàn)在一般是采用計算機控制，即cnc(計算機數(shù)控)，可實現(xiàn)多臺數(shù)控設(shè)備動作的控制。

數(shù)控系統(tǒng)高速高精度模塊是cnc的一個重要組成部分，它主要針對數(shù)控指令，通過前瞻的一系列塊命令，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)對數(shù)控程式中的加工軌跡進行光順處理，然后在光順會的加工軌跡上進行整體速度規(guī)劃。目前，在數(shù)控系統(tǒng)加工時，夾角過渡采取的方式為：在上一段路徑中速度從零升到最大速度，之后再降到零，加速度也為零；在下一段路徑中速度從零升到最大速度，之后再降到零。上述這種速度規(guī)劃方式花費的時間較多，效率低下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中夾角過渡方式導(dǎo)致時間花費較多、效率低下的缺陷，提供一種過渡時間少、效率高的夾角運動的路徑規(guī)劃方法及裝置。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：

一種夾角運動的路徑規(guī)劃方法，其特點在于，該夾角運動的夾角2θ由第一路徑和第二路徑形成，且0°＜2θ＜180°，該路徑規(guī)劃方法包括以下步驟：

s1、獲取加速度限制值amax、加速度變化時間ts；

s2、獲取第一中點的速度f1以及第二中點的速度f2，其中，該第一中點為該第一路徑的中點，該第二中點為該第二路徑的中點；

s3、將該夾角2θ的角平分線方向設(shè)為x方向，與該x方向垂直的方向設(shè)為y方向；

s4、判斷f1cosθ+f2cosθ是否小于等于amaxts，若是，則執(zhí)行步驟s5，若否，則執(zhí)行步驟s6；

s5、在0～ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，

在ts～2ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，結(jié)束流程；

s6、在0～ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，

在ts～ts+ty時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，

在ts+ty～2ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，

其中，

本方案中，路徑規(guī)劃的對象為一夾角運動，其中，夾角運動的夾角2θ由第一路徑和第二路徑形成，根據(jù)夾角運動的夾角劃分為角平分線方向和與角平分線方向垂直的方向，即x方向和y方向，并根據(jù)y方向上的加速度(f1cosθ+f2cosθ)/ts與加速度限制值amax之間的大小關(guān)系來規(guī)劃第一路徑的中點到第二路徑的中點在y方向和x方向的速度。其中，y方向的初始速度為f1cosθ，終止速度為f2cosθ，x方向的初始速度為f1sinθ，終止速度為f2sinθ。

具體地，當(dāng)(f1cosθ+f2cosθ)/ts≤amax時，分0～ts和ts～2ts兩個時間段來規(guī)劃y方向和x方向的速度；當(dāng)(f1cosθ+f2cosθ)/ts＞amax時，分0～ts、ts～ts+ty以及ts+ty～2ts三個時間段來規(guī)劃y方向和x方向的速度。

需要注意的是，從第一路徑的中點運行至第二路徑的中點在y方向和x方向花費的總時間相同，均為2ts或2ts+ty。

本方案通過對第一路徑的中點到第二路徑的中點之間的運動速度進行規(guī)劃，使得過渡時加速度不為零，進而使得過渡過程中速度快速變化，減小了過渡時間，提高了效率。

較佳地，步驟s1還包括以下步驟：獲取速度限制值vmax、該第一路徑的距離l1以及該第二路徑的距離l2；

步驟s2還包括以下步驟：

s21、判斷l(xiāng)1/ts是否大于vmax，若是，則將第一中點的速度f1賦值為vmax，若否，則將第一中點的速度f1賦值為l1/ts；

s22、判斷l(xiāng)2/ts是否大于vmax，若是，則將第二中點的速度f2賦值為vmax，若否，則將第二中點的速度f2賦值為l2/ts。

本方案中，將第一路徑和第二路徑的最大速度限制在速度限制值vmax，根據(jù)加速度變化時間ts、速度限制值vmax以及第一路徑的距離l1來獲取第一中點的速度f1，根據(jù)加速度變化時間ts、速度限制值vmax以及第二路徑的距離l2來獲取第二中點的速度f2。

需要注意的是，第一中點的速度f1的獲取方式不限于本方案中的根據(jù)加速度變化時間和第一路徑的距離進行計算，還可以為其它獲取方式，例如可以根據(jù)實際情況進行直接設(shè)置。同樣地，第二中點的速度f2的獲取方式也不限于本方案中的根據(jù)加速度變化時間和第二路徑的距離進行計算，還可以為其它獲取方式，例如可以根據(jù)實際情況進行直接設(shè)置。

較佳地，將y方向上速度為0的點設(shè)為o點，

該第一中點到該第二中點在y方向和x方向的速度規(guī)劃完成之后還包括以下步驟：

根據(jù)位移計算公式計算該第一中點與o點在x方向上的位移lx1、該第一中點與o點在y方向上的位移ly1、o點與該第二中點在x方向上的位移lx2、o點與該第二中點在y方向上的位移ly2，并通過對位移lx1和位移ly1進行合成得到第三路徑，通過對位移lx2和位移ly2進行合成得到第四路徑。

容易理解地，本方案中的位移計算公式為s＝vt+1/2at²+1/6jerkt³，其中，a為加速度，jerk為加加速度。根據(jù)之前對第一中點到第二中點y方向和x方向的速度規(guī)劃，能夠分別計算得到y(tǒng)方向上的加速度和加加速度以及x方向上的加速度和加加速度。本方案中，根據(jù)位移lx1、ly1、lx2、ly2合成得到的第三路徑和第四路徑即為規(guī)劃得到的第一中點到第二中點的實際運行路徑。其中，第一中點到第二中點的實際運行路徑是一段光滑彎曲的曲線。

本發(fā)明還提供一種夾角運動的路徑規(guī)劃裝置，其特點在于，該夾角運動的夾角2θ由第一路徑和第二路徑形成，且θ°＜2θ＜18θ°，該路徑規(guī)劃裝置包括第一獲取模塊、第二獲取模塊、方向設(shè)置模塊、第一判斷模塊、第一規(guī)劃模塊以及第二規(guī)劃模塊；

該第一獲取模塊用于獲取加速度限制值amax、加速度變化時間ts；

該第二獲取模塊用于獲取第一中點的速度f1以及第二中點的速度f2，其中，該第一中點為該第一路徑的中點，該第二中點為該第二路徑的中點；

該方向設(shè)置模塊用于將該夾角2θ的角平分線方向設(shè)為x方向，與該x方向垂直的方向設(shè)為y方向；

該第一判斷模塊用于判斷f1cosθ+f2cosθ是否小于等于amaxts，并在是的情況下調(diào)用該第一規(guī)劃模塊，在否的情況下調(diào)用該第二規(guī)劃模塊；

該第一規(guī)劃模塊用于在0～ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，以及在ts～2ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度；

該第二規(guī)劃模塊用于在0～ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，在ts～ts+ty時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，以及在ts+ty～2ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度；

其中，

較佳地，該第一獲取模塊還用于獲取速度限制值vmax、該第一路徑的距離l1以及該第二路徑的距離l2；

該第二獲取模塊還用于判斷l(xiāng)1/ts是否大于vmax，并在是的情況下將第一中點的速度f1賦值為vmax，在否的情況下將第一中點的速度f1賦值為l1/ts，以及判斷l(xiāng)2/ts是否大于vmax，并在是的情況下將第二中點的速度f2賦值為vmax，在否的情況下將第二中點的速度f2賦值為l2/ts。

較佳地，將y方向上速度為0的點設(shè)為o點，該路徑規(guī)劃裝置還包括位移計算模塊和位移合成模塊；

該位移計算模塊用于在該第一中點到該第二中點在y方向和x方向的速度規(guī)劃完成之后，根據(jù)位移計算公式計算該第一中點與o點在x方向上的位移lx1、該第一中點與o點在y方向上的位移ly1、o點與該第二中點在x方向上的位移lx2、o點與該第二中點在y方向上的位移ly2，并調(diào)用該位移合成模塊；

該位移合成模塊用于通過對位移lx1和位移ly1進行合成得到第三路徑，通過對位移lx2和位移ly2進行合成得到第四路徑。

在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。

本發(fā)明的積極進步效果在于：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過對夾角運動中第一路徑的中點到第二路徑的中點之間的運動速度進行規(guī)劃，使得過渡時加速度不為零，進而使得過渡過程中速度快速變化，減小了過渡時間，提高了效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的夾角運動的路徑規(guī)劃方法。

圖2為本發(fā)明實施例的夾角運動的路徑示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的情況一中y方向速度曲線圖。

圖4為本發(fā)明實施例的情況一中y方向加速度曲線圖。

圖5為本發(fā)明實施例的情況一中x方向速度曲線圖。

圖6為本發(fā)明實施例的情況一中x方向加速度曲線圖。

圖7為本發(fā)明實施例的情況二中y方向速度曲線圖。

圖8為本發(fā)明實施例的情況二中y方向加速度曲線圖。

圖9為本發(fā)明實施例的情況二中x方向速度曲線圖。

圖10為本發(fā)明實施例的情況二中x方向加速度曲線圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。

一種夾角運動的路徑規(guī)劃方法，該夾角運動的夾角2θ由第一路徑和第二路徑形成，且0°＜2θ＜180°，如圖1所示，該路徑規(guī)劃方法包括以下步驟：

步驟101、獲取加速度限制值amax、加速度變化時間ts、速度限制值vmax、該第一路徑的距離l1以及該第二路徑的距離l2；

步驟102、判斷l(xiāng)1/ts是否大于vmax，若是，則將第一中點的速度f1賦值為vmax，若否，則將第一中點的速度f1賦值為l1/ts，該第一中點為該第一路徑的中點；

步驟103、判斷l(xiāng)2/ts是否大于vmax，若是，則將第二中點的速度f2賦值為vmax，若否，則將第二中點的速度f2賦值為l2/ts，該第二中點為該第二路徑的中點；

步驟104、將該夾角2θ的角平分線方向設(shè)為x方向，與該x方向垂直的方向設(shè)為y方向；

步驟105、判斷f1cosθ+f2cosθ是否小于等于amaxts，若是，則執(zhí)行步驟106，若否，則執(zhí)行步驟107；

步驟106、在0～ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，

在ts～2ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，結(jié)束流程；

步驟107、在0～ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，

在ts～ts+ty時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，

在ts+ty～2ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，

其中，

本實施例中，將y方向上速度為0的點設(shè)為o點，上述路徑規(guī)劃方法中，第一中點到第二中點在y方向和x方向的速度規(guī)劃完成之后還包括以下步驟：

根據(jù)位移計算公式計算該第一中點與o點在x方向上的位移lx1、該第一中點與o點在y方向上的位移ly1、o點與該第二中點在x方向上的位移lx2、o點與該第二中點在y方向上的位移ly2，并通過對位移lx1和位移ly1進行合成得到第三路徑，通過對位移lx2和位移ly2進行合成得到第四路徑。

下面舉個具體的例子來說明本實施例中夾角運動的路徑規(guī)劃方法。

設(shè)夾角運動的夾角2θ由第一路徑p1p2和第二路徑p2p3形成，為90°，如圖2所示，加速度限制值amax＝4.9μm/ms²，加速度變化時間ts＝0.02s，速度限制值vmax＝6000mm/min。

情況一：假設(shè)f1cosθ+f2cosθ≤amaxts，且f1＝f2，則按照路徑規(guī)劃方法的步驟106來規(guī)劃y方向和x方向的速度，如圖3-6所示，y方向的速度曲線呈s型，y方向的加速度曲線呈三角形，其中ay＝(f1cosθ+f2cosθ)/ts，加加速度jerky＝ay/ts；x方向的速度曲線呈水平直線，x方向的加速度為0，加加速度jerkx＝0。其中，從第一路徑的中點運行至第二路徑的中點在y方向和x方向花費的總時間相同，均為2ts。

將y方向上速度為0的點設(shè)為o點，并根據(jù)位移計算公式s＝vt+1/2at²+1/6jerkt³計算得到：第一中點與o點在x方向上的位移lx1＝f1sinθts，第一中點與o點在y方向上的位移ly1＝f1cosθts-1/6ayts²，o點與第二中點在x方向上的位移lx2＝f2sinθts，o點與第二中點在y方向上的位移ly2＝f2cosθts-1/6ayts²。

情況二：假設(shè)f1cosθ+f2cosθ＞amaxts，且f1＜f2，則按照路徑規(guī)劃方法的步驟107來規(guī)劃y方向和x方向的速度，如圖7-10所示，y方向的速度曲線呈s型，y方向的加速度曲線呈梯形，ay＝amax，加加速度jerky＝ay/ts，x方向的速度曲線呈s型，x方向的加速度曲線呈梯形，ax＝(f2sinθ-f1sinθ)/(tx+ts)，加加速度jerkx＝ax/ts。從第一路徑的中點運行至第二路徑的中點在y方向和x方向花費的總時間相同，均為2ts+ty。

參照圖7和圖9，ty＝ty1+ty2，tx＝tx1+tx2，ty1＝tx1＝f1y/ay-0.5ts，tx2＝ty2＝ty-ty1。將y方向上速度為0的點設(shè)為o點，并根據(jù)位移計算公式s＝vt+1/2at²+1/6jerkt³計算得到：第一中點與o點在x方向上的位移lx1＝f1sinθts+1/6axts²+(f1sinθ+0.5axts)tx1+0.5axtx1²，第一中點與o點在y方向上的位移ly1＝f1cosθts-1/6ayts²+0.5(f1cosθ-0.5ayts)ty1，o點與第二中點在x方向上的位移lx2＝f2sinθts-1/6axts²+(f2sinθ-0.5axts)tx2-0.5axtx2²，o點與第二中點在y方向上的位移ly2＝f2cosθts-1/6ayts²+θ.5(f2cosθ-0.5ayts)ty2。

最后，通過對位移lx1和位移ly1進行合成得到第三路徑，通過對位移lx2和位移ly2進行合成得到第四路徑，第三路徑和第四路徑即為規(guī)劃得到的第一中點到第二中點的實際運行路徑。

本實施例中，通過對第一路徑的中點到第二路徑的中點之間的運動速度進行規(guī)劃，使得過渡時加速度不為零，進而使得過渡過程中速度快速變化，減小了過渡時間，提高了效率。

本實施例還提供一種夾角運動的路徑規(guī)劃裝置，該夾角運動的夾角2θ由第一路徑和第二路徑形成，且0°＜2θ＜180°，該路徑規(guī)劃裝置包括第一獲取模塊、第二獲取模塊、方向設(shè)置模塊、第一判斷模塊、第一規(guī)劃模塊、第二規(guī)劃模塊、位移計算模塊以及位移合成模塊。

該第一獲取模塊用于獲取加速度限制值amax、加速度變化時間ts、速度限制值vmax、該第一路徑的距離l1以及該第二路徑的距離l2。

該第二獲取模塊用于獲取第一中點的速度f1以及第二中點的速度f2，具體地，判斷l(xiāng)1/ts是否大于vmax，并在是的情況下將第一中點的速度f1賦值為vmax，在否的情況下將第一中點的速度f1賦值為l1/ts，以及判斷l(xiāng)2/ts是否大于vmax，并在是的情況下將第二中點的速度f2賦值為vmax，在否的情況下將第二中點的速度f2賦值為l2/ts。其中，該第一中點為該第一路徑的中點，該第二中點為該第二路徑的中點。

該方向設(shè)置模塊用于將該夾角2θ的角平分線方向設(shè)為x方向，與該x方向垂直的方向設(shè)為y方向；

該第一判斷模塊用于判斷f1cosθ+f2cosθ是否小于等于amaxts，并在是的情況下調(diào)用該第一規(guī)劃模塊，在否的情況下調(diào)用該第二規(guī)劃模塊；

該第一規(guī)劃模塊用于在0～ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，以及在ts～2ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度；

該第二規(guī)劃模塊用于在0～ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，在ts～ts+ty時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度，以及在ts+ty～2ts時間段以公式規(guī)劃y方向的速度，且以公式規(guī)劃x方向的速度；

其中，

將y方向上速度為0的點設(shè)為o點，該位移計算模塊用于在該第一中點到該第二中點在y方向和x方向的速度規(guī)劃完成之后，根據(jù)位移計算公式計算該第一中點與o點在x方向上的位移lx1、該第一中點與o點在y方向上的位移ly1、o點與該第二中點在x方向上的位移lx2、o點與該第二中點在y方向上的位移ly2，并調(diào)用該位移合成模塊；

該位移合成模塊用于通過對位移lx1和位移ly1進行合成得到第三路徑，通過對位移lx2和位移ly2進行合成得到第四路徑。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。