PH曲线运动轨迹规划算法的研究与实现

作     者：龚志丹 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王昕

授予年度：2013年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：5次PH曲线 C1连续 C2连续DSP S曲线 弓高误差 

摘      要：自由曲线的插补功能一直是数控机床的加工系统重点研究对象，目前常用的CAD/CAM系统基本上都具有自由曲线曲面的直接建模功能，但是国内大多数的数控系统却仅仅具备直线和圆弧的直接插补技术，国外的少数数控机床还具有抛物线插补功能但不具备自由曲线直接插补功能。在加工复杂型曲线时，传统的数控加工方法是采用大量的微小直线段或圆弧对加工工件的刀具路径进行拟合，但是这种近似的方法会产生很大的加工轮廓误差、增加加工程序代码的数量，致使传输数据的负荷增大，进而不满足高速高精度的加工要求。所以，开发具有自由曲线直接插补功能的运动控制器对提高数控系统的加工性能具有实际意义。 本课题主要研究PH(Pythagorean Hodograph)样条曲线的插值和插补算法，并设计出一个具有PH曲线直接插补技术的运动控制器，进而改善上述描述的缺点。具体的研究内容主要包括： 研究开放式数控系统的总体方案，大致分为软件和硬件两个方面。本文设计的开放式数控系统具有自由曲线直接插补技术。 在同样的初始条件下，5次PH曲线与3次B样条曲线具有相同的形状自由度，但是前者比后者的轨迹更光滑，因此本文主要研究5次PH曲线。重点研究PH曲线的C1连续的Hermite和C连续的PH样条曲线的插值算法，并基于VC6.0和MATLAB等编程和数据分析工具实现PH曲线的插值算法。 研究5次PH曲线的实时插补算法——轨迹规划和速度规划。本文主要采用改进的ADAMS插值算子进行轨迹规划，相对于传统的Taylor级数插值算子，计算量比较小，而且精度比较高。对于速度规划，本文采用S形的速度曲线，通过数字卷积计算速度值，减小了计算量，提高了计算效率，并提出基于弓高误差的速度规划算法。 设计一个具有PH曲线直接插补技术的运动控制器，并在实验室所搭建的数控平台上进行实验验证。