CN110262406A - 一种裁床的拐弯速度优化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种裁床的拐弯速度优化方法及装置，首先获取裁床所能运动的最大加速度以及最大向心加速度，根据接收的运动轨迹确定拐弯处的起点、拐点和终点的坐标，计算出起点到拐点的距离；然后根据最大向心加速度以及起点、拐点和终点三点所构成圆的半径R，计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1；最后根据裁床的最大加速度、起点到拐点的距离和已知的起点处速度V₀计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2，与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，以计算得到的最大拐弯速度V_max控制裁床在拐弯处的拐弯速度。本发明根据前后运动轨迹来进行拐弯速度的优化，能够使裁床运动更加平稳顺滑，提升了裁床高速运动的稳定性。

Description

一种裁床的拐弯速度优化方法及装置

技术领域

本发明属于机床运动控制领域，尤其涉及一种裁床的拐弯速度优化方法及装置。

背景技术

近些年来，国内的裁床行业快速发展。由于国家对于环境保护的逐渐重视，传统的激光裁床慢慢被淘汰，机械裁床的需求量量随之增涨。

机械裁床相比于激光裁床，对于速度规划的要求更高。当前机械裁床许多只实现了裁切的基本功能，裁切的速度上缺少优化，拐弯运动不够顺畅。当裁床加速到较高的速度进行裁切运动时，如果拐弯速度不经过优化，会使裁床在拐弯处抖动从而使材料破损。而降低切割速度则会影响用户的工作效率。

因此为了提升裁床的切割效果和切割速度，增加产品竞争力，需要一种经过优化的拐弯速度来提升裁床的拐弯运动效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种裁床的拐弯速度优化方法及装置，解决拐弯运动不顺畅的问题，可以提升裁床切割速度和稳定性。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种裁床的拐弯速度优化方法，用于裁床对拐弯处进行裁切加工，包括：

获取裁床所能运动的最大加速度以及最大向心加速度；

根据接收的运动轨迹确定拐弯处的起点、拐点和终点的坐标，计算出起点到拐点的距离；

根据最大向心加速度以及起点、拐点和终点三点所构成圆的半径R，计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1；

根据裁床的最大加速度、起点到拐点的距离和已知的起点处速度V₀计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2，与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，以计算得到的最大拐弯速度V_max控制裁床在拐弯处的拐弯速度。

进一步地，所述计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1，计算公式如下：

其中，A_max为最大向心加速度，R为起点、拐点和终点三点所构成圆的半径。

进一步地，所述计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2，计算公式如下：

其中，a_max为最大加速度，L1为起点到拐点的距离。

进一步地，所述与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，包括：

当V_max1＝<V_min2时，确定V_max＝V_min2；

当V_min2<V_max1<V_max2，确定V_max＝V_max1；

当V_max1>＝V_max2时，确定V_max＝V_max2。

本发明还提出了一种裁床的拐弯速度优化装置，用于裁床对拐弯处进行裁切加工，包括：

参数获取模块，用于获取裁床所能运动的最大加速度以及最大向心加速度；

距离计算模块，用于根据接收的运动轨迹确定拐弯处的起点、拐点和终点的坐标，计算出起点到拐点的距离；

最大向心加速度限制模块，用于根据最大向心加速度以及起点、拐点和终点三点所构成圆的半径R，计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1；

最大加速度限制模块，用于根据裁床的最大加速度、起点到拐点的距离和已知的起点处速度V₀计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2；

比较模块，用于将计算得到的最大速度V_max2和最小速度V_min2与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，以计算得到的最大拐弯速度V_max控制裁床在拐弯处的拐弯速度。

进一步地，所述最大向心加速度限制模块计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1，计算公式如下：

其中，A_max为最大向心加速度。

进一步地，所述最大加速度限制模块计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2，计算公式如下：

其中，a_max为最大加速度。

进一步地，所述比较模块将计算得到的最大速度V_max2和最小速度V_min2与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，执行如下操作：

当V_max1＝<V_min2时，确定V_max＝V_min2；

当V_min2<V_max1<V_max2，确定V_max＝V_max1；

当V_max1>＝V_max2时，确定V_max＝V_max2。

本发明提出的一种裁床的拐弯速度优化方法及装置，通过最大向心加速度和最大加速度来限制裁床在进行曲线运动时的最大拐弯速度。该方法在拐弯点(拐点)处，可以根据前后运动轨迹来进行拐弯速度的优化，能够使裁床运动更加平稳顺滑，提升了裁床高速运动的稳定性。并且尽可能大的拐弯速度也保证了裁床能够有较高的工作速度，从而提升工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例拐弯处运动轨迹示意图；

图2为本发明一种裁床的拐弯速度优化方法流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的一种裁床的拐弯速度优化方法，可以应用于如图1所示的应用环境中，裁床需要对图示的拐弯处进行裁切加工，其中P0为拐弯处的起点，P1为拐弯处的拐点，P2为拐弯处的终点。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种裁床的拐弯速度优化方法，包括：

步骤S1、获取裁床所能运动的最大加速度以及最大向心加速度。

裁床的机械结构、伺服器型号属性决定了裁床的基本参数，其对应的最大加速度a_max以及最大向心加速度A_max都是已知的，这些参数能满足裁床伺服器在受到当前阻力下能够以该最大加速度a_max进行速度突变而且能稳定运动，同时，裁床能够以最大向心加速度A_max做拐弯运动而不会使裁床发生抖动。

步骤S2、根据接收的运动轨迹确定拐弯处的起点、拐点和终点的坐标，计算出起点到拐点的距离。

如图1所示，裁床在裁切开始的时候会接收运动轨迹文件，在运动轨迹文件中包括拐弯处的起点P0、拐点P1和终点P2的坐标，L1为P0到P1的距离，L2为P1到P2的距离，而θ则为直线L1与L2的夹角，即θ为裁床刀具在P1点所转动的角度。

其中，L1的计算公式如下：

其中，x、y为横坐标和纵坐标的值，关于L2的距离的计算类似，关于L1与L2的夹角θ的计算，在几何学中已经是比较成熟的计算方法，这里不再赘述。

容易理解的是，仅通过θ的大小确定拐弯速度的值可以一定程度上满足裁床的运动需求，但在裁床高速运动时会因为没有结合上下运动点去判断拐弯速度而导致裁床运动发生抖动。

步骤S3、根据最大向心加速度以及起点、拐点和终点三点所构成圆的半径R，计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1。

根据已知的P0、P1和P2三点的坐标，通过几何学算法可以获得三点所在圆的半径大小R，这里不再赘述。

本实施例通过下列公式计算求得最大向心加速度A_max对应的最大速度V_max1：

需要说明的是，上述计算最大向心加速度对应的在拐点P1处的最大速度V_max1是本领域比较成熟的计算方法，这里不再赘述。

步骤S4、根据裁床的最大加速度、起点到拐点的距离和已知的起点处速度V₀计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2，与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，以计算得到的最大拐弯速度V_max控制裁床在拐弯处的拐弯速度。

本实施例计算的最大拐弯速度V_max实际就是裁床刀具通过P1点所允许的最大速度。

需要说明的是，本实施例中裁床刀具经过P0点的速度V₀可以通过测速仪测量得到，或通过裁床本身的速度检测装置检测得到，这里不再赘述。

裁床在当前点P0出发，以最大加速度a_max经过运动距离L1所能达到的最大速度为V_max2，P1点速度只有小于等于V_max2，裁床才能达到这个速度。而当裁床在P0以最大加速度a_max进行减速运动时，所能达到的最小速度为V_min2。

本实施例V_max2和V_min2可通过以下公式求得：

需要说明的是，上述计算速度的公式在本领域是比较成熟的技术，这里不再赘述。

在计算得到拐点P1处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2后，与V_max1比较，确定在P1点的最大拐弯速度V_max，包括：

1)当V_max1＝<V_min2时，V_max＝V_min2；

2)当V_min2<V_max1<V_max2，V_max＝V_max1；

3)当V_max1>＝V_max2时，V_max＝V_max2。

本实施例以计算得到的最大拐弯速度V_max控制裁床在拐弯处的拐弯速度，裁床控制***通过该最大拐弯速度V_max来进行速度规划，约束曲线运动时的速度最大值，防止裁床拐弯速度过快发生抖动。

本实施例先计算得到向心加速度限制条件下的最大拐弯速度V_max1，然后计算出最大加速度限制条件下的最大拐弯速度V_max2和最小拐弯速度V_min2，最后进行了比较，得到的V_max的值，即为P1点处最终的最大拐弯速度。本申请计算得到的P1处的速度V_max1、V_max2、V_min2、V_max皆是指拐弯速度，不一一赘述。

本申请技术方案提出的一种裁床的拐弯速度优化方法，通过最大向心加速度和最大加速度来限制裁床在进行曲线运动时的最大拐弯速度。该方法在拐弯点(拐点)处，可以根据前后运动轨迹来进行拐弯速度的优化，能够使裁床运动更加平稳顺滑。并且尽可能大的拐弯速度也保证了裁床能够有较高的工作速度，从而提升工作效率。

应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，本申请还提供了一种裁床的拐弯速度优化装置，用于裁床对拐弯处进行裁切加工，所述裁床的拐弯速度优化装置，包括：

参数获取模块，用于获取裁床所能运动的最大加速度以及最大向心加速度；

距离计算模块，用于根据接收的运动轨迹确定拐弯处的起点、拐点和终点的坐标，计算出起点到拐点的距离；

最大向心加速度限制模块，用于根据最大向心加速度以及起点、拐点和终点三点所构成圆的半径R，计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1；

最大加速度限制模块，用于根据裁床的最大加速度、起点到拐点的距离和已知的起点处速度V₀计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2；

比较模块，用于将计算得到的最大速度V_max2和最小速度V_min2与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，以计算得到的最大拐弯速度V_max控制裁床在拐弯处的拐弯速度。

关于裁床的拐弯速度优化装置的具体限定可以参见上文中对于裁床的拐弯速度优化方法的限定，在此不再赘述。上述裁床的拐弯速度优化装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本申请的一个实施例，所述最大向心加速度限制模块计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1，计算公式如下：

其中，A_max为最大向心加速度。

本申请的一个实施例，所述最大加速度限制模块计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2，计算公式如下：

其中，a_max为最大加速度。

本申请的一个实施例，所述比较模块将计算得到的最大速度V_max2和最小速度V_min2与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，执行如下操作：

当V_max1＝<V_min2时，确定V_max＝V_min2；

当V_min2<V_max1<V_max2，确定V_max＝V_max1；

当V_max1>＝V_max2时，确定V_max＝V_max2。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种裁床的拐弯速度优化方法，用于裁床对拐弯处进行裁切加工，其特征在于，所述裁床的拐弯速度优化方法，包括：

获取裁床所能运动的最大加速度以及最大向心加速度；

根据接收的运动轨迹确定拐弯处的起点、拐点和终点的坐标，计算出起点到拐点的距离；

根据最大向心加速度以及起点、拐点和终点三点所构成圆的半径R，计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1；

根据裁床的最大加速度、起点到拐点的距离和已知的起点处速度V₀计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2，与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，以计算得到的最大拐弯速度V_max控制裁床在拐弯处的拐弯速度。

2.根据权利要求1所述的裁床的拐弯速度优化方法，其特征在于，所述计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1，计算公式如下：

其中，A_max为最大向心加速度，R为起点、拐点和终点三点所构成圆的半径。

3.根据权利要求1所述的裁床的拐弯速度优化方法，其特征在于，所述计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2，计算公式如下：

其中，a_max为最大加速度，L1为起点到拐点的距离。

4.根据权利要求1所述的裁床的拐弯速度优化方法，其特征在于，所述与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，包括：

当V_max1＝<V_min2时，确定V_max＝V_min2；

当V_min2<V_max1<V_max2，确定V_max＝V_max1；

当V_max1>＝V_max2时，确定V_max＝V_max2。

5.一种裁床的拐弯速度优化装置，用于裁床对拐弯处进行裁切加工，其特征在于，所述裁床的拐弯速度优化装置，包括：

参数获取模块，用于获取裁床所能运动的最大加速度以及最大向心加速度；

距离计算模块，用于根据接收的运动轨迹确定拐弯处的起点、拐点和终点的坐标，计算出起点到拐点的距离；

最大向心加速度限制模块，用于根据最大向心加速度以及起点、拐点和终点三点所构成圆的半径R，计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1；

最大加速度限制模块，用于根据裁床的最大加速度、起点到拐点的距离和已知的起点处速度V₀计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2；

比较模块，用于将计算得到的最大速度V_max2和最小速度V_min2与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，以计算得到的最大拐弯速度V_max控制裁床在拐弯处的拐弯速度。

6.根据权利要求5所述的裁床的拐弯速度优化装置，其特征在于，所述最大向心加速度限制模块计算最大向心加速度对应的在拐点处的最大速度V_max1，计算公式如下：

其中，A_max为最大向心加速度，R为起点、拐点和终点三点所构成圆的半径。

7.根据权利要求5所述的裁床的拐弯速度优化装置，其特征在于，所述最大加速度限制模块计算拐点处能达到的最大速度V_max2和最小速度V_min2，计算公式如下：

其中，a_max为最大加速度，L1为起点到拐点的距离。

8.根据权利要求5所述的裁床的拐弯速度优化装置，其特征在于，所述比较模块将计算得到的最大速度V_max2和最小速度V_min2与V_max1比较，确定在拐点处的最大拐弯速度V_max，执行如下操作：

当V_max1＝<V_min2时，确定V_max＝V_min2；

当V_min2<V_max1<V_max2，确定V_max＝V_max1；

当V_max1>＝V_max2时，确定V_max＝V_max2。