一种圆弧轨迹速度自适应控制方法   0    0

本发明公开了一种圆弧轨迹速度自适应控制方法，包括：遍历闭合曲线的各坐标点，计算基于各相邻坐标点所组成的线段的斜率，根据斜率计算出相邻线段速度方向变化的夹角作为拐角；根据相邻线段所对应的拐角对拐点速度进行约束；提取闭合曲线中的圆弧轨迹，并计算各个圆弧轨迹的半径、圆心、线速度，根据各个圆弧轨迹的线速度对构成圆弧轨迹的拐点对应的拐点速度进行约束更新；根据更新后的各个拐点的拐点速度、各相邻坐标点所构成的线段长度，利用速度倒推法对拐点速度进行约束更新；利用加减速算法对闭合曲线进行插补，并限制圆弧轨迹的最大速度，完成闭合曲线的速度规划。本发明能有效提高切割轨迹中圆弧轨迹的切割效率及切割精度。

1.一种圆弧轨迹速度自适应控制方法，其特征在于，所述圆弧轨迹速度自适应控制方
法，包括：
步骤1、遍历PLT文件中闭合曲线的各坐标点，计算基于各相邻坐标点所组成的线段的
斜率，根据斜率计算出相邻线段速度方向变化的夹角作为拐角；
步骤2、以每一坐标点作为拐点，根据相邻线段所对应的拐角对拐点速度进行约束；
步骤3、提取闭合曲线中的圆弧轨迹，并计算各个圆弧轨迹的半径、圆心、线速度，根据各个圆弧轨迹的线速度对构成圆弧轨迹的拐点对应的拐点速度进行约束更新；
步骤4、根据步骤3更新后的各个拐点的拐点速度、各相邻坐标点所构成的线段长度，利用速度倒推法对拐点速度进行约束更新；
步骤5、利用加减速算法对闭合曲线进行插补，并限制圆弧轨迹的最大速度，完成闭合曲线的速度规划。

2.如权利要求1所述的圆弧轨迹速度自适应控制方法，其特征在于，所述计算基于各相邻坐标点所组成的线段的斜率，根据斜率计算出相邻线段速度方向变化的夹角作为拐角，包括：
已知PLT文件中任意连续三点坐标为Pi(xi,yi)，Pi+1(xi+1,yi+1)，Pi+2(xi+2,yi+2)，则计算相邻线段PiPi+1和Pi+1Pi+2的拐角θi+1如下：
θi+1＝acos(cosα*cosβ+sinα*sinβ)*(180/π)
其中，角α为经过拐点Pi+1前的速度与X轴正方向的夹角，角β为经过拐点Pi+1后的速度与X轴正方向的夹角。

3.如权利要求1所述的圆弧轨迹速度自适应控制方法，其特征在于，所述根据相邻线段所对应的拐角对拐点速度进行约束，包括：
令经过拐点前的速度为v，经过拐点后的速度为v'，且速度v和速度v'大小相同、方向不同，速度变化量在一个插补周期内，即速度变化量Δv为：
Δv＝amaxT
式中，amax为X轴和Y轴的最大合加速度，T为插补周期；
设速度v与X轴正方向的夹角为α，速度v'与X轴正方向的夹角为β，则速度v和速度v'在X、Y轴方向上的速度分量的大小为：
vx＝vcosα
v'x＝v'cosβ
vy＝vsinα
v'y＝v'sinβ
设amax_x、amax_y分别为X轴和Y轴最大允许加速度，则经过拐点前后的速度在X、Y轴方向上的速度变化为：
v'x‑vx＝v'cosβ‑vcosα＝amax_xT
v'y‑vy＝v'sinβ‑vsinα＝amax_yT
由于速度v'和速度v大小相等，方向不同，则有v'＝v，设拐点处的速度为vm，计算出vm的速度为：
且进一步调整拐点速度vm为：
式中，vturn为用户设定的拐弯系数。

4.如权利要求1所述的圆弧轨迹速度自适应控制方法，其特征在于，所述提取闭合曲线中的圆弧轨迹，并计算各个圆弧轨迹的半径、圆心、线速度，根据各个圆弧轨迹的线速度对构成圆弧轨迹的拐点对应的拐点速度进行约束更新，包括：
步骤3.1、取PLT文件中的连续三个坐标点Pi、Pi+1、Pi+2，令初始值i＝0，i最大值为N‑3，N为闭合曲线中坐标点的总个数，计算这三个点所组成的两条线段PiPi+1和Pi+1Pi+2的差值为Δli和对应的拐角为θi+1，判断θi+1是否小于拐角阈值θangle，若满足转到步骤3.2，若不满足，则i＝i+1，并转到步骤3.1；
步骤3.2、判断圆弧点的数量pointSum是否为0，若pointSum为0，则圆弧起始点序号
Startnum＝i，pointSum＝pointSum+1，圆弧线段长度差值D_value＝Δli，且i＝i+1并转到步骤3.1；若pointSum不为0，转到步骤3.3；
步骤3.3、判断Δli与D_value的差值的绝对值是否小于设定阈值Ldis，若满足，转到步骤
3.4；若不满足，转到步骤3.6；
步骤3.4、判断当前圆弧半径R是否为0，若R为0，则继续判断pointSum是否大于6，若
pointSum大于6，取序号为Startnum、Startnum+2、Startnum+5三点坐标确定圆弧，计算圆弧的半径R、圆心坐标CentrePoint，并跳到步骤3.5，若pointSum小于6，则pointSum＝
pointSum+1，i＝i+1，转到步骤3.1；若R不为0，跳到步骤3.5；
步骤3.5、判断当前拐点Pi与圆心CentrePoint的距离是否在半径R的阈值内，若满足，则pointSum＝pointSum+1，i＝i+1，转到步骤3.1；若不满足，转到步骤3.6；
步骤3.6、判断pointSum是否大于6，若大于6，圆弧终点序号Endnum＝i，取序号为
Startnum、 三点坐标确定圆弧，计算圆
弧的线速度Vel，Vel＝2πnR+Vstart，n为转速，Vstart为起跳速度，并转到步骤3.7；若pointSum小于6，则更新Startnum＝i，pointSum＝1，D_value＝Δli，当前圆弧半径R为0，i＝i+1，转到步骤3.1；
步骤3.7、根据圆弧的线速度Vel对此圆弧的各个拐点速度进行约束，并保存此圆弧段
的最大速度Vmax：
Vmin＝min(vmk)(k＝Startnum...Endnum)
式中，vmk为步骤2中由拐角大小约束的拐点速度；
对拐点速度进行约束更新：
vmk＝min(Vel,Vmin)(k＝Startnum...Endnum)
保存此圆弧的最大速度：
Vmax＝vmk
式中，Startnum为此圆弧起始点序号，Endnum为此圆弧终点序号；
且i＝i+1，转到步骤3.1。

5.如权利要求4所述的圆弧轨迹速度自适应控制方法，其特征在于，所述利用速度倒推法对拐点速度进行约束更新，包括：
步骤4.1、令相邻两个坐标点组成的线段长度为L0、L1、…、LN‑2，其中N为闭合曲线中坐标点的总个数，取步骤3约束更新后各个拐点P0、P1、…、PN‑1的拐点速度为vm0、vm1、…、vm(N‑1)，且起点和终点的速度相等，即vm0＝vm(N‑1)＝Vstart，Vstart为起跳速度；
步骤4.2、假设当前点速度为vmb，b＝N‑1,...,3,2,1，从当前点开始以S型速度曲线加速，当加速距离达到Lb‑1时的速度为v'm(b‑1)，则更新拐点Pb‑1的速度为vm(b‑1)＝min(vm(b‑1),v'm(b‑1))，继续以vm(b‑1)作为当前点速度以S型速度曲线加速，直到速度倒推至v0。

6.如权利要求5所述的圆弧轨迹速度自适应控制方法，其特征在于，所述利用加减速算法对闭合曲线进行插补，并限制圆弧轨迹的最大速度，包括：
步骤5.1、取由matlab制定生成的S型速度曲线，并离散成f阶，构成加速度表AccTab＝[at1,at
2...at(j‑1)、atj...at(f‑1),atf]、加速步长表LenTab＝[Lt1,Lt
2...Lt(j‑1)、Ltj...Lt(f‑1),Ltf]，j＝
1...f，用户设定的最大切割速度为Vuser，切割加速度为Auser，计算速度表VTab＝[Vt1,Vt
2...Vt(j‑1)、Vtj...Vt(f‑1),Vtf]，其中速度表计算如下：
Vtj＝Vstart+Lt1*at1*Auser，j＝1
Vtj＝Vt(j‑1)+Ltj*atj*Auser，j≠1
式中，Vstart为预设定的起跳速度，且若Vtj＞Vuser，则Vtj＝Vuser；
步骤5.2：根据当前速度Vcur、目标速度Vtar、相邻两个坐标点之间的长度Lc，计算加减速距离如下：
取当前速度Vcur、目标速度Vtar中的较小值作为初始速度，以S型速度曲线加速至两速度中的较大值，加速距离为L'acc，若加速距离L'acc≥Lc，则L'acc＝Lc；
(1)、若Vcur＜Vtar：
则加速距离
(2)、若Vcur≥Vtar：
则加速距离
则计算得到减速距离为Ldec＝Lc‑Lacc；
步骤5.3：根据计算得到的加速距离和减速距离判断当前插补位置处于加速段或减速
段并在每个插补周期内进行相应的加减速，且如果当前相邻两个坐标点之间的线段不为圆弧段，则限制当前插补位置的最大速度为预设的最大允许速度；如果当前相邻两个坐标点之间的线段为圆弧段，则限制当前插补位置的最大速度为圆弧的最大速度Vmax。