一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法技术

本发明专利技术涉及数控编程技术领域，具体是一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，包括：(1)轨迹输入，并自定义异面夹角阈值ε；(2)根据平面内任意两条相邻的轨迹，判断是否共面；若共面，则进入步骤(4)，若不共面，则计算该相邻轨迹所在面之间的夹角φ，若0＜φ＜ε，则继续步骤(3)；若ε≤φ，则无需过渡；(3)异面修正，以便两条轨迹共面；(4)对两条轨迹进行交叉判断，判断是否有交叉；若无交叉，则继续步骤(5)；(5)圆弧过渡计算，并获取过渡段参数。本方案通过对平面内直线或圆弧轨迹进行圆弧过渡处理，且过渡曲线简单，插补计算方便，进而实现对示教产生的点位坐标误差进行自动修正，能有效减少平面内加工误差。平面内加工误差。平面内加工误差。

【技术实现步骤摘要】
一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法


[0001]本专利技术涉及数控
，尤其涉及一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法。

技术介绍

[0002]考虑到圆弧插补运算简单，路径轨迹平滑处理目前只有直线与直线之间进行圆弧过渡比较容易计算，而直线与圆弧、圆弧与圆弧之间采用圆弧计算因为比较复杂所以比较难实现。
[0003]现在大多数对轨迹进行局部光顺处理均采用样条曲线，样条曲线的在过渡时计算比较直接，但是计算弧长一般都采用近似积分法计算，插补运算时需要根据位移长度反算时间参数，大多采用泰勒展开或者预估校正的方法，计算比较耗时。而且样条曲线过渡后，对于过渡段的曲率计算较为复杂，无法考虑向心加速度限制下计算得到过渡段的速度限制。
[0004]例如在机器人示教焊接领域，加工轨迹由用户示教产生，加工平面内存在直线和圆弧轨迹，但是由于用户操作机器进行点位示教时存在精度误差，原本共面的两段轨迹发生小角度偏移而导致异面，当相邻两条轨迹发生交叉现象，过渡将会影响实际的加工效果，这时需要将该现象进行准确识别被处理。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，用以解决因轨迹异面而造成的影响实际加工效果的技术问题。
[0006]上述目的是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，包括如下步骤：
[0008]步骤(1)轨迹输入，并自定义异面夹角阈值ε；
[0009]步骤(2)根据平面内任意两条相邻的轨迹，判断是否共面；
[0010]若共面，则进入步骤(4)，
[0011]若不共面，则计算该相邻轨迹所在面之间的夹角φ，
[0012]若0＜φ＜ε，则继续步骤(3)；
[0013]若ε≤φ，则无需过渡；
[0014]步骤(3)异面修正，以便两条轨迹共面；
[0015]步骤(4)对两条轨迹进行交叉判断，判断是否有交叉；
[0016]若有交叉，则无需过渡；
[0017]若无交叉，则继续步骤(5)；
[0018]步骤(5)圆弧过渡计算，并获取过渡段参数。
[0019]进一步地，步骤(1)中所述轨迹的类型包括直线或圆弧。
[0020]进一步地，所述步骤(3)中两条轨迹包括3种情况，具体为：
[0021]若两条轨迹为直线与圆弧，则直线与圆弧平面夹角为φ，当0＜φ＜ε时，直线单位
向量为圆弧平面法单位向量为向量将圆弧绕着向量进行旋转φ角度后，直线与圆弧共面，圆弧圆心和终点坐标相应发生变化；
[0022]若两条轨迹为圆弧与直线，则直线与圆弧平面夹角为φ，当0＜φ＜ε时，圆弧平面法单位向量为直线单位向量为向量将直线绕着向量进行旋转φ角度后，直线与圆弧共面，直线终点坐标相应发生变化；
[0023]若两条轨迹为圆弧与圆弧，则圆弧与圆弧平面夹角为φ，当0＜φ＜ε时，第一段圆弧平面法单位向量为第二段圆弧平面法单位向量为向量将第二段圆弧绕着向量进行旋转φ角度后，两圆弧共面，第二圆弧圆心和终点坐标相应发生变化。
[0024]进一步地，所述步骤(4)具体为：
[0025]若两条轨迹为直线与圆弧，则直线单位向量为圆弧起点切单位向量为圆弧起点指向终点单位向量为向量向量若与方向相反，则两条轨迹交叉；反之，则没有交叉；
[0026]若两条轨迹为圆弧与直线，则圆弧起点切单位向量为圆弧起点指向终点单位向量为直线单位向量为向量向量若与方向相反，则两条轨迹交叉；反之，则没有交叉；
[0027]若两条轨迹为圆弧与圆弧，则第一条圆弧圆心指向圆弧起点单位向量为第二条圆弧起点单位切向量为条圆弧起点单位切向量为若φ＞π/2，则两条轨迹交叉；反之，则没有交叉。
[0028]进一步地，步骤(5)中所述圆弧过渡计算具体为：
[0029]设定相邻两条轨迹由3个点组成，设定坐标值分别为P1、P2和P3，L1、L2分别为轨迹1和2的长度，过渡段的起点和终点坐标分别为P
M
、P
N
；则有：
[0030]步骤(5
‑
1)当两条轨迹为直线与直线，对轨迹相交处进行圆弧过渡；
[0031]步骤(5
‑
2)当两条轨迹为直线与圆弧，对轨迹相交处进行圆弧过渡；
[0032]步骤(5
‑
3)当两条轨迹为圆弧与直线，对轨迹相交处进行圆弧过渡；
[0033]步骤(5
‑
4)当两条轨迹为圆弧与圆弧，对轨迹相交处进行圆弧过渡。
[0034]进一步地，所述步骤(5
‑
1)具体为：
[0035]计算过渡点M、N坐标以及过渡圆弧半径r，过渡误差为δ；θ＝∠P1P2P3；计算公式如下：
[0036]r＝δsin(θ/2)/(1
‑
sin(θ/2)) (1)
[0037]Ld＝(δ+r)cos(θ/2) (2)
[0038]其中Ld为过渡点M到P2的长度；
[0039]Ld＝min(Ld,L1,L2/2) (3)
[0040]根据公式(3)对Ld长度进行校正，当Ld发生变化，再根据公式(2)反向计算合适的过渡半径r；M点坐标由公式(4)计算得到：
[0041]P
M
＝P1+((L1
‑
Ld)/L1)(P2‑
P1)/L1 (4)
[0042]N点坐标有公式(5)计算得到：
[0043]P
N
＝P2+Ld/L2*(P3‑
P2)/L2 (5)。
[0044]进一步地，所述步骤(5
‑
2)具体为：根据圆弧轨迹与过渡圆弧的相切类型分为两类；
[0045]设定为直线起点指向直线终点的的单位向量，为圆弧起点指向圆弧圆心的单位向量，则有：
[0046][0047]当θ＝π/2时，则直线与圆弧在交点P2处C1连续，不需要过渡处理；
[0048]当θ＞π/2时，则圆弧过渡段与圆弧轨迹外切；则根据如下方程组求解过渡圆弧半径r：
[0049][0050]其中R为圆弧段半径，α＝∠O1P2P1；
[0051]Ld＝(r+δ)cosα (6)
[0052]其中，Ld为直线段的被过渡长度；
[0053]根据公式(3)对Ld长度进行校正，当Ld发生变化，再根据公式(6)反向计算合适的过渡半径r，M点坐标由公式(7)计算得到：
[0054]P
M
＝P1+((L1
‑
Ld)/L1)(P2‑
P1)/L1 (7)
[0055]过渡圆弧圆心坐标O1按照公式(8)计算，其中为平面内垂直于并指向O1方向的单位向量：
[0056][0057]N点坐标按照公式(9)计算得到，其中为圆弧圆心O指向过渡圆弧圆心O1的单位向量：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)轨迹输入，并自定义异面夹角阈值ε；步骤(2)根据平面内任意两条相邻的轨迹，判断是否共面；若共面，则进入步骤(4)，若不共面，则计算该相邻轨迹所在面之间的夹角φ，若0＜φ＜ε，则继续步骤(3)；若ε≤φ，则无需过渡；步骤(3)异面修正，以便两条轨迹共面；步骤(4)对两条轨迹进行交叉判断，判断是否有交叉；若有交叉，则无需过渡；若无交叉，则继续步骤(5)；步骤(5)圆弧过渡计算，并获取过渡段参数。2.根据权利要求1所述的一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，其特征在于，步骤(1)中所述轨迹的类型包括直线或圆弧。3.根据权利要求1所述的一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，其特征在于，所述步骤(3)中两条轨迹包括3种情况，具体为：若两条轨迹为直线与圆弧，则直线与圆弧平面夹角为φ，当0＜φ＜ε时，直线单位向量为圆弧平面法单位向量为向量将圆弧绕着向量进行旋转φ角度后，直线与圆弧共面；若两条轨迹为圆弧与直线，则直线与圆弧平面夹角为φ，当0＜φ＜ε时，圆弧平面法单位向量为直线单位向量为向量将直线绕着向量进行旋转φ角度后，直线与圆弧共面；若两条轨迹为圆弧与圆弧，则圆弧与圆弧平面夹角为φ，当0＜φ＜ε时，第一段圆弧平面法单位向量为第二段圆弧平面法单位向量为向量将第二段圆弧绕着向量进行旋转φ角度后，两圆弧共面。4.根据权利要求3所述的一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：若两条轨迹为直线与圆弧，则直线单位向量为圆弧起点切单位向量为圆弧起点指向终点单位向量为向量向量若与方向相反，则两条轨迹交叉；反之，则没有交叉；若两条轨迹为圆弧与直线，则圆弧起点切单位向量为圆弧起点指向终点单位向量为直线单位向量为向量向量若与方向相反，则两条轨迹交叉；反之，则没有交叉；若两条轨迹为圆弧与圆弧，则第一条圆弧圆心指向圆弧起点单位向量为第二条圆弧起点单位切向量为弧起点单位切向量为若φ＞π/2，则两条轨迹交叉；反之，则没有
交叉。5.根据权利要求1所述的一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，其特征在于，步骤(5)中所述圆弧过渡计算具体为：设定相邻两条轨迹由3个点组成，设定坐标值分别为P1、P2和P3，L1、L2分别为轨迹1和2的长度，过渡段的起点和终点坐标分别为P
M
、P
N
；则有：步骤(5
‑
1)当两条轨迹为直线与直线，对轨迹相交处进行圆弧过渡；步骤(5
‑
2)当两条轨迹为直线与圆弧，对轨迹相交处进行圆弧过渡；步骤(5
‑
3)当两条轨迹为圆弧与直线，对轨迹相交处进行圆弧过渡；步骤(5
‑
4)当两条轨迹为圆弧与圆弧，对轨迹相交处进行圆弧过渡。6.根据权利要求5所述的一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，其特征在于，所述步骤(5
‑
1)具体为：计算过渡点M、N坐标以及过渡圆弧半径r，过渡误差为δ；θ＝∠P1P2P3；计算公式如下：r＝δsin(θ/2)/(1
‑
sin(θ/2)) (1)Ld＝(δ+r)cos(θ/2) (2)其中Ld为过渡点M到P2的长度；Ld＝min(Ld,L1,L2/2) (3)根据公式(3)对Ld长度进行校正，当Ld发生变化，再根据公式(2)反向计算过渡半径r；M点坐标由公式(4)计算得到：P
M
＝P1+((L1
‑
Ld)/L1)(P2‑
P1)/L1 (4)N点坐标有公式(5)计算得到：P
N
＝P2+Ld/L2*(P3‑
P2)/L2 (5)。7.根据权利要求5所述的一种异面校正的共面轨迹间平滑过渡方法，其特征在于，所述步骤(5
‑
2)具体为：根据圆弧轨迹与过渡圆弧的相切类型分为两类；设定为直线起点指向直线终点的的单位向量，为圆弧起点指向圆弧圆心的单位向量，则有：当θ＝π/2时，则直线与圆弧在交点P2处C1连续，不需要过渡处理；当θ＞π/2时，则圆弧过渡段与圆弧轨迹外切；则根据如下方程组求解过渡圆弧半径r：其中R为圆弧段半径，α＝∠O1P2P1；Ld＝(r+δ)c...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓，曹彦贇，缪勰，朱明靖，李新，
申请(专利权)人：无锡信捷电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：