在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法及系统技术方案

本公开提供了在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法及系统，该方法包括：步骤1：获取NC程序中的原始线段，对原始线段进行拟合与插值，生成样条，样条的曲率小于预设的曲率限制值；步骤2：通过三次样条的边界条件调整样条衔接处曲率，使样条衔接处的曲率小于预设的曲率限制值。本公开通过将多个轨迹点合并成样条，并限制合并后样条的曲率，保证在样条内部曲率变化均匀，在样条衔接处通过三次样条的边界条件对曲率进行限制，进一步保证了合并后轨迹的曲率变化均匀，提高产品的加工精度，同时实现在轨迹预处理阶段完成曲率约束，减少了整个轨迹规划过程中曲率约束的次数，降低处理器的开销，提高产品的加工效率和质量。提高产品的加工效率和质量。提高产品的加工效率和质量。

【技术实现步骤摘要】
在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法及系统


[0001]本公开涉及数控加工
，尤其涉及在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法及系统。

技术介绍

[0002]在传统的数控加工过程中，CAD/CAM软件生成的连续线段与圆弧连接的原始曲线需要在加工过程中约束每一段连线过渡处的曲率。
[0003]由于生成线段长度小，在常规的曲率计算方法下，每一段的连接处的曲率变化率都较大且每段连接都需要进行曲率约束，这样的约束方式难以保证曲率的平滑性，即会造成加工过程中加速度和速度的突变值较大，导致加工件的表面效果较差。同时由于曲率约束计算发生每个连接段，导致需要进行的曲率约束次数过多，使得处理器开销过大，难以适应高速度，高精度的加工要求。

技术实现思路

[0004]本公开针对上述问题，提出在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法及系统。
[0005]为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提出如下技术方案：
[0006]第一方面，提供了在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤1：获取NC程序中的原始线段，对原始线段进行拟合与插值，生成样条，样条的曲率小于预设的曲率限制值；
[0008]步骤2：通过三次样条的边界条件调整样条衔接处曲率，使样条衔接处的曲率小于预设的曲率限制值。
[0009]第二方面，提供了在轨迹规划中控制曲率约束次数的系统，用于执行上述任一在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法，该系统包括：
[0010]样条曲率约束模块，用于获取NC程序中的原始线段，对原始线段进行拟合与插值，生成样条，样条的曲率小于预设的曲率限制值；
[0011]样条衔接处曲率约束模块，用于通过三次样条的边界条件调整样条衔接处曲率，使样条衔接处的曲率小于预设的曲率限制值。
[0012]第三方面，提供了一种在轨迹规划中控制曲率约束次数的设备，该设备包括至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行本公开上述任一的在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法。
[0013]第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行本公开上述任一的在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法。
[0014]本公开的有益效果是，通过将多个轨迹点合并成样条，并限制合并后样条的曲率，保证在样条内部曲率变化均匀，在样条衔接处通过三次样条的边界条件对曲率进行限制，
进一步保证了合并后轨迹的曲率变化均匀，提高产品的加工精度，同时实现在轨迹预处理阶段完成曲率约束，减少了整个轨迹规划过程中曲率约束的次数，降低处理器的开销，提高产品的加工效率和质量。
[0015]另外，在本公开技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本公开一个实施例提供的在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法的流程图。
[0018]图2为本公开一个实施例提供的在轨迹规划中控制曲率约束次数的系统的示意图。
[0019]图3为本公开一个实施例提供的在轨迹规划中控制曲率约束次数的设备的结构示意图。
具体实施方式
[0020]为了使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0021]需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
[0022]实施例1：
[0023]参考说明书附图1，示出了本申请一个实施例提供的在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法，该方法可以包括以下步骤：
[0024]步骤1：获取NC程序中的原始线段，对原始线段进行拟合与插值，生成样条，样条的曲率小于预设的曲率限制值。
[0025]由此，通过将CAD或CAM等软件生成的小线段或小圆弧合并为符合曲率限制值的样条，避免了对每个小线段或小圆弧的连接处均进行曲率约束，大大降低了轨迹规划中曲率约束的次数，同时由于对样条整体的曲率进行了限制，保证了样条内部曲率变化均匀，避免加速度与速度变化大对电机和处理器产生极大的压力。
[0026]在可选的实施例中，步骤1具体可以包括以下步骤：
[0027]步骤1.1：获取NC程序中的数据点；
[0028]步骤1.2：选取若干数据点进行拟合与插值生成样条；
[0029]步骤1.3：判断样条的曲率是否小于预设的曲率限制值，若小于，则执行步骤1.4，若不小于，则执行步骤1.5；
[0030]步骤1.4：保存生成的样条；
[0031]步骤1.5：在原始数据点形成的原始轨迹中添加样条控制点；
[0032]步骤1.6：对添加样条控制点后的数据点进行拟合与插值生成样条，返回执行步骤1.3。
[0033]由此，通过预设的曲率限制值对生成的样条的曲率进行控制，若样条的曲率符合曲率限制值，则无需对生成的样条进行操作，若整体的样条曲率不符合曲率限制值，则通过添加样条控制点，改变样条的形状使整体的样条曲率变小。
[0034]在可选的实施例中，在步骤1.2中，对数据点进行拟合与插值生成样条通过弗格森曲线实现。
[0035]具体的，弗格森曲线的表达式如下：
[0036]r(u)＝r0F0(u)+r1F1(u)+r0′
G0(u)+r1′
G1(u)
[0037]其中，u表示标准化参数；
[0038]弗格森曲线的矩阵表达式如下：
[0039][0040]为了保证样条内部线段的光滑连续，得到弗格森样条的位置连续条件、斜率连续条件和曲率连续条件分别如下式：
[0041]r
(1)
(1)＝r
(2)
(0)
[0042]r
′
(2)
(0)＝r
′
(1)
(1)
[0043][0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取NC程序中的原始线段，对原始线段进行拟合与插值，生成样条，样条的曲率小于预设的曲率限制值；步骤2：通过三次样条的边界条件调整样条衔接处曲率，使样条衔接处的曲率小于预设的曲率限制值。2.根据权利要求1所述的在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法，其特征在于，获取NC程序中的原始数据点，对原始数据点进行拟合与插值，生成样条，样条的曲率小于预设的曲率限制值包括：步骤1.1：获取NC程序中的数据点；步骤1.2：选取若干数据点进行拟合与插值生成样条；步骤1.3：判断样条的曲率是否小于预设的曲率限制值，若小于，则执行步骤1.4，若不小于，则执行步骤1.5；步骤1.4：保存生成的样条；步骤1.5：在原始数据点形成的原始轨迹中添加样条控制点步骤1.6：对添加样条控制点后的数据点进行拟合与插值生成样条，返回执行步骤1.3。3.根据权利要求1所述的在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法，其特征在于，对原始线段进行拟合与插值通过弗格森曲线实现。4.根据权利要求1所述的在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法，其特征在于，通过三次样条的边界条件调整样条衔接处曲率，使样条衔接处的曲率小于预设的曲率限制值包括：步骤2.1：获取步骤1生成的样条函数；步骤2.2：根据三次样条区间端点处的一阶导数和二阶导数给出的边界条件调整样条衔接处的曲率，使样条衔接处的曲率小于预设的曲率限制值；步骤2.3：输出调整后的样条。5.在轨迹规划中控制曲率约束次数的系统，用于执行权利要求1
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4任一所述的在轨迹规划中控制曲率约束次数的方法，其特征在于，包括，样条曲率约束模块，用于获取NC程序中的原始线段，对原始线段进行拟合与插值，生成样条，样条的曲率小于预设的曲率限制值；样条衔接处曲率约束模块，用于通过三次样条的边界条件调整样条衔接处曲率，使样条衔接处的曲率小于预设的曲率限制值。6.根据权利要求5所述的在轨迹规划...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，曹荣刚，
申请(专利权)人：苏州谷夫道自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：