实时自适应轮廓误差估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105388840A(43)申请公布日2016.03.09(21)申请号201510982483.4(22)申请日2015.12.24(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人奚学程蔡一天赵万生(74)专利代理机构上海新天专利代理有限公司31213代理人张宁展(51)Int.Cl.G05B19/19(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图4页(54)发明名称实时自适应轮廓误差估计方法(57)摘要本发明公开了一种实时自适应轮廓误差估计方法，可用于数控系统或者机器人的轮廓控制器中。本发明的轮廓误差估计方法通过对现有的参数曲线插补方法做适量修改，产生额外的插补点。但是产生的额外插补点仅仅用来做轮廓误差估计而不作为运动控制器的参考指令。然后先在原有插补点中搜索里实际刀具位置最近的点，初步确定搜索范围。再采用二分搜索的方法，进一步确定足点。而足点到实际刀具点的距离就是估计的轮廓误差。本发明相对于各种传统估计方法，拥有更加精确的估计精度。尤其在高速运动和曲线曲率较大，传统方法估计效果急剧变差时，本发明依然能够保持良好的效果，体现了优良的算法鲁棒性。而且，本发明计算量适中，完全满足实时应用的需求，有很强的实用性。CN105388840ACN105388840A权利要求书1/1页1.一种实时自适应轮廓误差估计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、根据参数曲线插补方法，在原有插补点Sk,Sk-1,Sk-2,...之间产生额外的插补点其中，k表示第k个插补周期，i表示由第i个原始插补点衍生出的额外插补点，h表示对应于第i个原始插补点衍生出的额外插补点最大个数是h个，其具体数值由以下步骤确定；步骤二、搜索原有插补点Sk,Sk-1,Sk-2,...，找出离实际刀具位置Pk最近的原有插补点Sk-m；步骤三、如果m＝0，直接转到步骤四，否则，连接点Sk-m与邻近点Sk-m-1其连线记为线段1，连接点Sk-m与邻近点Sk-m+1其连线记为线段2，比较实际刀具位置Pk到这两条线段的距离，并且认为足点在近的那条线段所在曲线上；步骤四、采用二分法，在步骤三选定的线段中继续搜索到与实际刀具位置Pk最近的原有插补点；步骤五、反复步骤四，直到搜索区间中没有插补点，即不可继续二分，此时实际刀具位置Pk到这个区间起点和终点的连线的距离就是估计的轮廓误差，而到这条连线的垂足就是足点。2.根据权利要求1所述的实时自适应轮廓误差估计方法，其特征在于，还包括步骤六，把估计的轮廓误差从无符号标量转化为有符号标量，公式如下：sgn(N·ε)*其中，N为足点P处曲线的法向量，ε是以Pk为起点，P*为终点的轨迹误差向量。3.如权利要求1或2所述的实时自适应轮廓误差估计法，其特征在于步骤一所述的根据参数曲线插补的方法产生额外插补点的具体方法是：采用下式其中，vj是第j时刻的理想速度值，κ表示此时理想曲线的曲率，Q为一个由具体应用场景确定的可调整参数。4.如权利要求1或2所述的实时自适应轮廓误差估计法，其特征在于，步骤二所述找出离实际刀具位置Pk最近的原有插补点Sk-m，具体是：逐点计算从Sk到Sk-N各原有插补点到实际刀具位置Pk的距离，找出其中距离最近的点原有插补点Sk-m。2CN105388840A说明书1/6页实时自适应轮廓误差估计方法技术领域[0001]本发明涉及数控系统领域，尤其涉及一种用于轮廓控制的在线实时误差估计方法。背景技术[0002]在机器人与数控机床中，一个关键的目标就是使机器人或者刀具沿着理想的轨迹运动，并且使实际运动轨迹和理想轨迹间的轮廓误差尽量的小。由于摩擦等非线性因素、测量信号中的噪声、各个轴的动态特性不匹配等原因引起的轮廓误差不可避免，如果只是独立的控制各个轴的运动，并不能很好的实现轮廓误差尽量小的目的。因此，考虑多轴耦合因素，综合设计轮廓控制器是现代数控系统的主流做法。而在各种轮廓控制器中，其中关键的一步就是实时的估计轮廓误差。[0003]目前国内外厂家生产的数控系统中采用的轮廓误差估计方法主要有以下三类：[0004]第一，基于泰勒展开的方法。定义实际刀具位置点到轮廓的距离函数，并使用其泰勒级数展开式作为其轮廓误差的估计。当用一阶泰勒展开时，就相当于用当前参考指令点处的切线代替理想轨迹，用实际刀具位置到这条切线的距离作为轮廓误差估计。当用二阶泰勒展开时，相当于用参考指令点处的二阶函数代替理想轨迹。这类方法的优点是方法简单直观，计算结果可以直接应用到典型的轮廓控制器——交叉耦合控制器(crosscoupledcontrol,CCC)中。但是，由于泰勒级数展开的截断误差。其在高速运动和理想轨迹曲率较大时，都会有很大的估计误差。而通过增加泰