基于三次B样条的移动机器人实时轨迹规划研究

基于B样条曲线生成的轨迹曲线具有几何不变性和连续性等优点,被广泛应用于数控机床设备或机器人的轨迹规划算法中,然而传统的轨迹规划基本上是在离线的情况下进行的,即所有的型值点已知,或者控制点已知,然而这种方法很难运用到移动机器人的轨迹规划中,此外如果简单地将B样条轨迹规划方法应用于移动机器人的轨迹规划,即通过给定控制点,进行插补生成一条新的轨迹曲线,但是这种方法通常不会经过所有的控制点,这样会导致实际运行路径与规划的路径有偏差,提出了一种基于三次B样条的移动机器人实时轨迹规划算法,在移动机器人的运动过程中能够实时生成插补点,不需要预先输入所有轨迹点(型值点),并利用反求控制点算法保证机器人能够经过所有的(型值点),从而保证机器人既能经过所有预先规定的点又能保证机器人运行的连续性和平稳性,通过仿真验证了其有效性。     

机器人末端执行器姿态轨迹规划研究

研究了以四元数样条曲线作为插补曲线对机器人末端执行器姿态进行插补的相关算法,并进行了姿态轨迹规划。机器人末端姿态的表示方法一般有欧拉角、旋转矩阵等,但存在万向锁、插值困难等问题。引入四元数样条曲线,同时通过增加示教点,使四元数样条曲线适用于对机器人末端执行器姿态进行插补,并研究了基于S型的姿态轨迹规划算法,最后进行了多姿态示教点仿真实验。实验结果表明,所提出的算法规划出来的轨迹平滑,满足机器人末端姿态轨迹规划的要求。     

基于TMS320F2812的三次B样条曲线实时插补

为提高数控系统实时插补的准确性、加工速度和加工精度,采用在每个插补周期中保持进给速度不变的三次B样条曲线参变量非均匀变化实时插补算法.利用数字信号处理器(DSP)进行三次B样条曲线实时插补,可缩短插补计算时间;通过设定DSP的定时器中断来实现各轴控制脉冲的发送,可实现最大限度地减少折线状的插补轨迹的目的.结果表明,该算法能使所有的插补点都在理论曲线上,可以保证运动控制系统的高速高精度要求.     

基于高阶非均匀有理 B 样条插补的多轴运动控制方法研究

针对传统多轴运动控制系统在作业中存在轨迹转折处不平顺、加速度和加加速度切换不平滑产生变速冲击以及轨迹不能进行局部修改的问题,提出了一种基于高阶非均匀有理 B 样条插补的多轴运动控制算法。首先,构建五次非均匀有理 B 样条插补算法,对样条曲线数据进行预处理,根据非均匀有理 B 样条曲线反算出控制点并生成控制多边形;其次,利用 MATLAB 构建多轴机械臂和高阶非均匀有理 B 样条插补算法模型,通过给定型值点进行轨迹规划仿真。仿真结果表明:基于高阶非均匀有理 B 样条的多轴运动控制插补方法相对于低阶非均匀有理 B 样条曲线轨迹更圆滑,末端更能高效平稳地到达给定目标点;速度、加速度和加加速度的过渡更加平滑减少机械磨损,从而提高了运动的平稳性;并且该方法还能够对运动轨迹进行局部修改,提升了多轴运动控制的作业质量。     

基于TMS320F2812的三次B样条曲线实时插补

为提高数控系统实时插补的准确性、加工速度和加工精度,采用在每个插补周期中保持进给速度不变的三次B样条曲线参变量非均匀变化实时插补算法。利用数字信号处理器（DSP）进行三次B样条曲线实时插补,可缩短插补计乒时间;通过设定DSP的定时器中断来实现各轴控制脉冲的发送,可实现最大限度地减少折线状的插补轨迹的目的。结果表明,该算法能使所有的插补点都在理论曲线上,可以保证运动控制系统的高速高精度要求。     

一种改进B样条曲线拟合算法研究

曲线拟合技术广泛应用于图像处理、逆向工程等领域。工程上常用的B样条曲线拟合方法具有局部性、连续性等优点,但拟合所得曲线不通过型值点,拟合精度较低;曲线插值算法所得曲线通过型值点,但缺乏局部性,且需要补充端点条件。为了改进B样条曲线拟合算法不能满足精度要求,曲线插值算法不易于实时局部修改的缺点,提出一种改进B样条曲线拟合算法。该算法结合B样条曲线拟合和曲线插值的优点,通过增加型值点使得曲线通过所有的原始型值点,且保证曲线具有局部性。经实例验证,该算法原理正确,技术可行,且具有较高的拟合精度。     

基于四元数的手术机器人圆弧轨迹规划

为提高七自由度手术机器人末端执行器空间圆弧作业任务的位姿轨迹精度,系统提出采用四元数代替原有的齐次坐标矩阵描述末端执行器的位置和姿态,并采用梯形速度规划生成平滑连续的位姿轨迹,实现等夹角姿态均匀渐变。以在研究的颅颌面七自由度冗余手术机器人为原型,通过三次B样条曲线对反解后的关节轨迹进行插值处理,生成各关节速度、加速度连续平滑的轨迹规划曲线。仿真结果表明,算法符合手术机器人的插补精度和连续性要求,具有实际推广价值。     

一种三次插值样条曲线的插补方法研究

针对复杂轮廓零件数控加工的实际需求,基于数据采样插补原理,对一种三次插值样条曲线的插补算法进行了研究.样条曲线进行参数化运算插补,先使用一系列首尾相接的微小直线段来逼近给定的插值样条曲线轮廓,再利用轨迹空间与参变量空间的对应关系,控制参变量,求取插补点坐标,得到整个离散化插补轨迹.此算法加工速度稳定性高,有利于高速高精地生成插补轨迹.     

三次均匀B样条曲线高速实时插补研究

为满足复杂曲线高速和高精度的加工要求,研究了具有轨迹预读功能的三次均匀B样条曲线速度规划和插补算法.提出了"重叠拼接法",实现了相邻两条B样条曲线段的光滑连接;推导了插补钳制速度的计算公式,保证了加工精度,满足了系统的动态响应能力.在引入"规划单元"概念的基础上,将速度规划和插补设计成B样条曲线插值、规划单元划分、速度规划、规划单元插补四个并行计算的线程,解决了三次均匀B样条曲线高速加工的插补实时性问题.最后,在GT100数控系统中验证了算法的有效性.     

基于代数三角基的Quasi-Hermite曲线的构造与研究

数控系统的插补算法中常采用的Hermite样条曲线,由于算法递推速度低且逼近精度较差,限制了它在中高档数控系统实时插补中的应用.通过研究数控系统的样条曲线构造特点及其和CAD/CAM系统的样条曲线之间的关联,采用最佳平方逼近,并结合幅值、相位、摄动量的优化,在代数三角混合空间Γn=span{1,cos t,sin t,…,cos nt,sin nt}中,构造了一组高精度的基函数,生成了Quasi-Hermite曲线.应用该算法进行的数控系统插补实验中,不仅新样条曲线的递推插补运算速度提高了14.5%,而且逼近精度达到了10-4数量级,结果表明,基于新曲线的插补算法在提高了轮廓加工轨迹精度的同时,也提高了加工效率,满足了中高档数控平台中样条曲线的构造要求.     

非均匀有理B样条曲线直接插补进给速度规划

在非均匀有理B样条直接插补算法中,为了提高插补实时性、克服前瞻规划算法的缺点,提出了基于进给速度预处理曲线的进给速度规划方法.该方法在插补前,通过建立进给速度预处理曲线来取代非均匀有理B样条曲线实时插补进给速度规划的前瞻算法.在速度规划过程中,为了防止进给加速度和加加速度超过机床性能要求,在曲线曲率变化较大的区域,采用基于逐点比较计算的方法规划每个参数点处的进给速度.通过MATLAB仿真表明所提方法具有较高的加工精度、良好的进给速度平滑效果和实时插补性能.     

基于3次B样条曲线的快速直接插补技术研究

插补计算是复杂曲面直接插补技术中的关键技术,为了提高插补过程中的计算效率和计算精度,保证数控系统的实时性,针对刀具轨迹的B样条曲线模型,从直接插补算法原理以及B样条曲线数学模型出发,提出了基于3次B样条曲线的快速求值求导算法,采用B样条的节点插入技术与微分递推求值技术进行3次B样条插补,整个插补过程不涉及任何B样条基函数的求值求导计算。应用于数控系统中,实现对任意3次B样条曲线轨迹的插补,解决了目前传统插补器无法有效插补该类型轨迹的问题。仿真实现并对比现有的方法在计算效率和实时性方面有很大的优越性,并在自主开发的开放式数控系统平台上进行了加工验证。     

高档数控机床B样条曲线高速实时插补研究

为了解决高档数控机床在B样条曲线加工时存在插补计算量大、型值点确定比较麻烦、控制精度不高等问题,提出了一种B样条曲线高速实时插补的方法。经具体实例在MATLAB 7.0上仿真,结果表明插补误差明显减小、控制精度显著提高,满足高速、高精度实时插补的要求。对应用该插补算法解决B样条曲线插补等问题具有重要的现实意义。     

CNC系统中三次B-样条曲线的高速插补方法研究

基于参数方程的矢量表示方法,导出CNC系统中三次B－样条曲线的一种高速插补算法。该算法不仅理论上可使所有插补点落在曲线上,而且由于实时插补过程中只有加法运算,因而插补速度极高,基本上适用于任何硬件环境。误差分析表明,只要合理选择参数增量,总能保证插补的弓高误差满足加工精度要求,总能控制机床的实际运动速度满足程编要求。     

关节一体化机器人运动控制与B样条曲线

针对关节一体化机器人在高速复杂运动下需要能够运动行走、保持手臂平滑。首先利用MDH法建立了转换坐标系,得到了各关节连杆的相对关系。其次,针对关节一体化机器人空机械手的特点,在分析了非均匀B样条曲线后,将非均匀B样条曲线应用到机器人机械手的轨迹规划中去。最后将运动学算法和非均匀B样条曲线进行了实验,通过仿真实验可以看到这种方法可以解决机器人准确经过多个中间插补位姿的难题。实验结果表明,运动学算法和非均匀B样条曲线算法具有很好的鲁棒性对于机器人的精确运动控制有着重要的意义。     

三次B样条曲线插补在多轴运动控制卡上的实现

为充分利用PC机资源,提高数控加工精度,介绍了基于TMS320F2812数字信号处理器（DSP）的多轴运动控制卡的设计方法以及三次B样条曲线恒速进给实时插补方案在控制卡上的应用。结果表明,该方法能有效地简化插补过程中的轨迹计算,显著缩短插补计算时间,使所有的插补点都在理论曲线上;只要合理决定曲线参变量,完全可以保证运动控制系统的高速高精度要求。     

一种基于离散数据的自由曲面建模方法

提出一种基于离散数据的自由曲面建模方法。该算法采用平行网格构造曲面，利用三次样条函数和参数样条对列表点进行行列两个方面的插补，采用局部回弹法进行曲线光顺，从而构造出适于数控加工的网格曲面，由于采用参数样条进行插补，可保证插值曲线通过所有型值点，曲线具有一、二阶导数连续的性质，可保证曲线的整体连续平滑。该方法的特点是方便了直角坐标下平行行切加工的数控编程。     

三次均匀有理B样条曲线插补算法的研究

插补算法是机器人系统实现运动控制的核心模块,对三次均匀有理B样条曲线的插补算法进行了研究.基于三次非均匀有理B样条曲线(NURBS),得出三次均匀有理B样条曲线的表达式.反算B样务曲线的控制顶点中发现规律,采用一种简单快捷的方法求取控制顶点,这使插补算法计算简单,更易于计算机编程.并且在算法中考虑到运动控制加减速的问题,这使插补算法符合实际,实用性强.最后采用三次均匀有理B样条曲线对螺旋线进行插补,仿真结果良好.     

数控系统高性能微段插补技术研究与应用

针对在复杂曲线曲面加工时,由CAM产生的连续微段在加工中由于频繁加减速所带来的加工精度和速度的矛盾问题.在CNC中采用微段插补技术对连续微段进行实时样条重构及递推插补以实现对曲面的高速高精度加工.给出的微段插补技术包括新设计的代数指数样条函数,结合速度规划给出的样条重构及样条曲线的递推插补算法.应用微段插补技术进行的样件数控加工实验中,在保证原曲线加工轮廓误差的同时,加工轨迹以μm级精度逼近原曲线,并且加工速度提高了5～5.4倍.实验结果表明,算法在加工轨迹的整体上实现了进给速度的平滑衔接,在加工过程中避免了频繁的加减速,机床运行平稳,加工精度高,表面质量好的同时提高了加工效率.     

一种优化的NURBS曲线插补算法

为弥补目前非均匀有理B样条插补算法的不足,提出一种优化的非均匀有理B样条曲线插补算法。算法采用插补前S曲线加减速方法,不仅优化了前瞻过程,而且在回溯过程中考虑了短样条的情况。算法对长样条和短样条非均匀有理B样条曲线能用统一的方法进行插补,通过引入环形缓冲区和预插补(非离线),提高了加工效率,同时合理地安排插补任务增强了系统的实时性。通过MATLAB仿真,验证了算法的有效性。