空间路径G2转接光顺方法、设备及计算机可读存储介质技术

本发明专利技术公开了一种空间路径G2转接光顺方法，采用刀尖点位置轨迹线和刀轴矢量表示加工刀具路径,分别建立刀尖点路径G2转接光顺模型和刀轴方向路径转接光顺模型；设刀尖点路径由若干段线段连接构成，采用旋转矩阵表示刀尖点路径中相邻两线段之间的空间位置关系，建立刀尖点空间位置路径转接光顺模型；设光顺后的刀尖点空间位置路径由插入的光顺曲线和余留位置路径组成，使在参数插补过程中，刀轴位移方向通过曲线参数跟随刀尖点位置运动，利用五次B样条曲线对余留位置曲线进行余留直线段或余留圆弧段的重新参数化。本发明专利技术还公开实现上述方法步骤的设备及计算机可读存储介质。本发明专利技术综合考虑三类线段空间位置相接形式，可实现误差解析控制。差解析控制。差解析控制。

【技术实现步骤摘要】
采用旋转矩阵表示刀尖点路径中相邻两线段之间的空间位置关系，建立刀尖点空间位置 路径转接光顺模型；设光顺后的刀尖点空间位置路径由插入的光顺曲线和余留位置路径 组成，使在参数插补过程中，刀轴位移方向通过曲线参数跟随刀尖点位置运动，利用五 次B样条曲线对余留位置曲线进行余留直线段或余留圆弧段的重新参数化。
[0008]进一步地，包括如下步骤：
[0009]步骤1，建立刀尖点路径G2转接光顺模型；分别对直线段转接光顺控制点及圆弧段 转接光顺控制点进行求解以及误差的解析控制；
[0010]步骤2，设置刀尖点空间位置路径转接光顺误差，分别进行空间直线段与直线段转接 光顺、空间直线段与圆弧段转接光顺、空间圆弧段与圆弧段转接光顺；
[0011]步骤3，将刀轴方向路径定义在单位球表面上，将转接段圆心角定义成特征参数，依 照空间圆弧段与圆弧段转接光顺方法，进行刀轴方向路径转接误差与特征参数的求解；
[0012]步骤4，给定一系列离散刀位点，使刀轴位移方向通过曲线参数跟随刀尖点位置运动， 利用五次B样条曲线对余留位置曲线进行余留直线段或余留圆弧段的重新参数化，实现 刀轴角速度、角加速度在跨段处连续；在刀尖点路径与刀轴方向路径两者转接光顺及参 数同步之后，结合设置的约束条件，进行速度规划，生成实际加工所需要的插补点。
[0013]进一步地，还包括如下步骤：
[0014]步骤5，对刀尖点空间位置路径中空间直线段与圆弧段G2转接光顺进行仿真分析。
[0015]进一步地，还包括如下步骤：
[0016]步骤6，利用五自由度混联机器人加工平台，验证加工刀具路径G2转接光顺方法的 加工精度和加工效率。
[0017]进一步地，步骤1中，利用三次B样条曲线，实现跨段处刀尖点路径的G2连续。
[0018]进一步地，步骤1包括如下分步骤：
[0019]步骤1.1，在给定转接长度下，对应刀尖点路径中的两直线段转接，建立如下刀尖点 路径G2转接光顺模型，对两直线段转接光顺控制点进行解析求解；
[0020][0021][0022][0023]步骤1.2，在给定转接长度下，对应刀尖点路径中的两圆弧段转接，建立如下刀尖点 路径G2转接光顺模型，对两圆弧段转接光顺控制点进行解析求解；
[0024][0025][0026][0027][0028]式中，
[0029]P(u)为三次B样条曲线方程；
[0030]d
i
为三次B样条曲线各个控制点；
[0031]N
i,3
(u)为定义在节点矢量U＝(0,0,0,0,0.5,1,1,1,1)上的三次B样条基函数；
[0032]P
i
(u)为样条曲线；
[0033]P
l,i+1
(u)为余留直线段；
[0034]P
c,i+1
(u)为余留圆弧曲线；
[0035]m
e,i
为余留圆弧曲线P
c,i+1
(u)在点d
4,i
(u＝0)切线的单位方向矢量；
[0036]C
i+1
为圆弧段的圆心坐标；
[0037]d
4,i
为样条曲线P
i
(u)和余留圆弧曲线P
c,i+1
(u)的连接点；
[0038]r
i+1
为圆弧段的半径长度。
[0039]进一步地，步骤2中，转接点处的空间位置误差定义成原始位置路径段到光顺路径 段的豪斯道夫距离。
[0040]进一步地，步骤2包括如下分步骤：
[0041]步骤2.1，定义空间转接光顺误差为：
[0042]ε
p,i
＝||P
i
‑
P
i
(u)||
[0043]式中，
[0044]ε
p,i
为空间转接光顺误差，其等于原始位置路径段到光顺路径段的豪斯道夫距离；
[0045]P
i
为原始位置路径的拐角点；
[0046]P
i
(u)为三次B样条曲线路径点；
[0047]步骤2.2，对空间直线段与直线段进行转接光顺；
[0048]步骤2.3，对空间直线段与圆弧段进行转接光顺；
[0049]空间直线段与圆弧段进行转接光顺时，将转接段长度和圆心角定义成特征参数；用 姿态矩阵R
i
描述直线段和圆弧段的相对位置关系，表示为：
[0050]m
s,i
＝R
i
m
e,i
[0051]其中m
e,i
为控制点d
4,i
处的单位切矢量，m
s,i
为点P
i
到点P
i+1
的单位方向矢量；d
4,i
为 样条曲线P
i
(u)和圆弧段曲线的连接点；
[0052]根据转接光顺误差的定义表达式建立如下特征参数之间的关系表达式：
[0053][0054]式中，
[0055]r
i+1
为圆弧段路径半径长度；
[0056]l
s,i
为直线段转接长度；
[0057]c
s,i
为直线段转接比例系数；
[0058]θ
e,i
为圆弧段转接路径所对应的圆心角大小；
[0059]以误差变化规律分析为基础，对于特征参数进行求解；
[0060]步骤2.4：对空间圆弧段与圆弧段进行转接光顺；空间圆弧段与圆弧段转接光顺时， 将转接段长度与圆心角定义成特征参数，采用三个姿态角定义姿态矩阵T
i
，
[0061][t
s,i
,b
s,i
,n
s,i
]＝T
i
[t
e,i
,b
e,i
,n
e,i
]；
[0062]b
s,i
＝n
s,i
×
t
s,i
；
[0063]b
e,i
＝n
e,i
×
t
e,i
；
[0064]式中，
[0065]t
s,i
为圆弧段在点P
i
处的切矢量；
[0066]n
s,i
为圆弧段点P
i
到圆心角的单位方向矢量；
[0067]t
e,i
为圆弧段在点P
i
处的切矢量；
[0068]n
e,i
为圆弧段点P
i
到圆心角的单位方向矢量；
[0069]根据转接光顺误差的定义表达式建立特征参数{θ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间路径G2转接光顺方法，其特征在于，采用刀尖点位置轨迹线和刀轴矢量表示加工刀具路径,分别建立刀尖点路径G2转接光顺模型和刀轴方向路径转接光顺模型；设刀尖点路径由若干段线段连接构成，采用旋转矩阵表示刀尖点路径中相邻两线段之间的空间位置关系，建立刀尖点空间位置路径转接光顺模型；设光顺后的刀尖点空间位置路径由插入的光顺曲线和余留位置路径组成，使在参数插补过程中，刀轴位移方向通过曲线参数跟随刀尖点位置运动，利用五次B样条曲线对余留位置曲线进行余留直线段或余留圆弧段的重新参数化。2.根据权利要求1所述的空间路径G2转接光顺方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立刀尖点路径G2转接光顺模型；分别对直线段转接光顺控制点及圆弧段转接光顺控制点进行求解以及误差的解析控制；步骤2，设置刀尖点空间位置路径转接光顺误差，分别进行空间直线段与直线段转接光顺、空间直线段与圆弧段转接光顺、空间圆弧段与圆弧段转接光顺；步骤3，将刀轴方向路径定义在单位球表面上，将转接段圆心角定义成特征参数，依照空间圆弧段与圆弧段转接光顺方法，进行刀轴方向路径转接误差与特征参数的求解；步骤4，给定一系列离散刀位点，使刀轴位移方向通过曲线参数跟随刀尖点位置运动，利用五次B样条曲线对余留位置曲线进行余留直线段或余留圆弧段的重新参数化，实现刀轴角速度、角加速度在跨段处连续；在刀尖点路径与刀轴方向路径两者转接光顺及参数同步之后，结合设置的约束条件，进行速度规划，生成实际加工所需要的插补点。3.根据权利要求2所述的空间路径G2转接光顺方法，其特征在于，还包括如下步骤：步骤5，对刀尖点空间位置路径中空间直线段与圆弧段G2转接光顺进行仿真分析。4.根据权利要求3所述的空间路径G2转接光顺方法，其特征在于，还包括如下步骤：步骤6，利用五自由度混联机器人加工平台，验证加工刀具路径G2转接光顺方法的加工精度和加工效率。5.根据权利要求2所述的空间路径G2转接光顺方法，其特征在于，步骤1中，利用三次B样条曲线，实现跨段处刀尖点路径的G2连续。6.根据权利要求5所述的空间路径G2转接光顺方法，其特征在于，步骤1包括如下分步骤：步骤1.1，在给定转接长度下，对应刀尖点路径中的两直线段转接，建立如下刀尖点路径G2转接光顺模型，对两直线段转接光顺控制点进行解析求解；顺模型，对两直线段转接光顺控制点进行解析求解；顺模型，对两直线段转接光顺控制点进行解析求解；步骤1.2，在给定转接长度下，对应刀尖点路径中的两圆弧段转接，建立如下刀尖点路径G2转接光顺模型，对两圆弧段转接光顺控制点进行解析求解；
式中，P(u)为三次B样条曲线方程；d
i
为三次B样条曲线各个控制点；N
i,3
(u)为定义在节点矢量U＝(0,0,0,0,0.5,1,1,1,1)上的三次B样条基函数；P
i
(u)为样条曲线；P
l,i+1
(u)为余留直线段；P
c,i+1
(u)为余留圆弧曲线；m
e,i
为余留圆弧曲线P
c,i+1
(u)在点d
4,i
(u＝0)切线的单位方向矢量；C
i+1
为圆弧段的圆心坐标；d
4,i
为样条曲线P
i
(u)和余留圆弧曲线P
c,i+1
(u)的连接点；r
i+1
为圆弧段的半径长度。7.根据权利要求2所述的空间路径G2转接光顺方法，其特征在于，步骤2中，转接点处的空间位置误差定义成原始位置路径段到光顺路径段的豪斯道夫距离。8.根据权利要求7所述的空间路径G2转接光顺方法，其特征在于，步骤2包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国栋，郑旭仓，肖聚亮，黎广喜，刘海涛，窦赛雄，刘思江，李鑫旺，李辉鹭，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：