Особенности построения в реальном времени s-образной кривой разгона/торможения при кусочно-линейной интерполяции поверхностей сложной формы

Зеленский Александр Александрович
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН»), кафедра высокоэффективных технологий и обработки, доцент, 127055, ГСП-4, Москва, Вадковский пер., д. 1, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Абдуллин Тагир Хабибович
ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН», лаборатория технологий производства электронных модулей, ведущий инженер, 127055, ГСП-4, Москва, Вадковский пер., д. 1, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Алепко Андрей Владимирович
ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН», лаборатория технологий производства электронных модулей, ведущий инженер, 127055, ГСП-4, Москва, Вадковский пер., д. 1, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Материал поступил в редакцию 8 июня 2021 года.

Аннотация

В работе рассмотрена задача построения s-образной кривой разгона/торможения в реальном времени при линейно-сплайновой интерполяции с учётом заданных ограничений на контурное ускорение, рывок и скорость подачи. Исходные данные для построения s-образной кривой были определены в алгоритме предпросмотра кадров и геометрическом модуле сглаживания. Выбор конкретной стратегии разгона/торможения зависит от длины сегмента, допустимых скоростей подач на стыке сегментов и заданных кинематических ограничений. Каждый сегмент траектории может иметь максимум семь временных интервалов и их округление будет давать неточности при формировании профиля скорости. Поэтому для компенсаций ошибок округления был применен метод половинного деления, который позволил убрать разрывы в контурной скорости. Полученные экспериментальные данные говорят о правильности выбранного подхода для его реализации в составе СЧПУ при высокоскоростной обработке поверхностей сложной формы.

Ключевые слова
Алгоритм планирования подачи, s-образная кривая разгона/торможения, сглаживание траектории, система числового программного управления, СЧПУ, реальное время, алгоритм предпросмотра кадров.

Благодарности
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках государственного задания (проект NoFSFS-2020-0031).

DOI
https://doi.org/10.31776/RTCJ.9304

Индекс УДК 
519.688

Библиографическое описание
Зеленский А.А. Особенности построения в реальном времени s-образной кривой разгона/торможения при кусочно-линейной интерполяции поверхностей сложной формы / А.А. Зеленский, Т.Х. Абдуллин, А.В. Алепко // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 9. - №3. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2021. – С. 186-195. – Текст : непосредственный.

Литература

1. Xu Du. A complete S-shape feed rate scheduling approach for NURBS interpolator / Xu Du, Jie Huang, Li-Min Zhu // Journal of Computational Design and Engineering. – vol. 2. – no. 4. – 2015. – pp. 206–217. – DOI: 10.1016/j.jcde.2015.06.004 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
2. Абдуллин Т. Х. Алгоритм опережающего просмотра для системы ЧПУ с применением трапецеидальных законов разгона/торможения / Т. Х. Абдуллин, М. А. Харьков // XXIX Международная конференция «Машиноведение и инновации. Конференция молодых учёных и студентов»: труды, 2017. – С. 256–259. – Текст: непосредственный.
3. Hu J. An optimal feedrate model and solution algorithm for a high-speed machine of small line blocks with look-ahead / J. Hu, L. Xiao, Y. Wang, Z. Wu // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2006. – vol. 28. – рр. 930–935. – DOI: 10.1007/s00170-004-1884-2 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
4. Toolpath Interpolation and Smoothing for Computer Numerical Control Machining of Freeform Surfaces: A Review / Wen-Bin Zhong, Xi-Chun Luo, Wen-Long Chang [et al] // International Journal of Automation and Computing. – 2020. – vol. 17. – pp. 1-16. – DOI: 10.1007/s11633-019-1190-y (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
5. Feedrate optimization for freeform milling considering constraints from the feed drive system and process mechanics / K. Erkorkmaz, S.E. Layegh, I. Lazoglu, H. Erdim // CIRP Annals - Manufacturing Technology. – 2003. – vol. 62. – pp. 395–398. – DOI: 10.1016/j.cirp.2013.03.084 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
6. Dong J.Y. Feed-rate optimization with jerk constraints for generating minimum-time trajectories / J.Y. Dong, P.M. Ferreira, J.A. Stori // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2007. vol. 47. – no. 12–13. – pp. 1941–1955. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2007.03.006 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
7. Sencer B. Feed optimization for five-axis CNC machine tools with drive constraints / B. Sencer, Y. Altintas, E. Croft // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2008. – vol. 48. – no. 12–13. – pp. 733–745. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2008.01.002 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
8. Beudaert X. Feedrate interpolation with axis jerk constraints on 5-axis NURBS and G1 tool path / X. Beudaert, S. Lavernhe, C. Tournier // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2012. – vol. 57. – pp. 73–82. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2012.02.005 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
9. Sung-Ho Nam. A study on a generalized parametric interpolator with real-time jerk-limited acceleration / Sung-Ho Nam, Min-Yang Yang // Computer-Aided Design. – 2004. – vol. 36. – no. 1. – pp. 27–36. – DOI: 10.1016/S0010-4485(03)00066-6 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
10. Ming-Tzong Lin. Development of a dynamics-based NURBS interpolator with real-time look-ahead algorithm / Ming-Tzong Lin, Meng-Shiun Tsai, Hong-TzongYau // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2007. vol. 47. – no. 15. – pp. 2246–2262. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2007.06.005 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
11. Smooth feedrate planning for continuous short line tool path with contour error constraint / Jingchuan Dong, Taiyong Wang, Bo Li, Yanyu Ding // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2014. vol. 76. – pp. 1–12. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2013.09.009 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
12. Zhao H. A real-time look-ahead interpolation methodology with curvature-continuous B-spline transition scheme for CNC machining of short line segments / H. Zhao, L.M. Zhu, H. Ding // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2013. vol. 65. – pp. 88–98. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2012.10.005 (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.
13. Высокопроизводительная цифровая система на основе ПЛИС для управления движением многокоординатных станков и промышленных роботов / А. А. Зеленский, Т. Х. Абдуллин, Ю. В. Илюхин, М. А. Харьков // «СТИН». – 2019. – № 8. – С. 5–8. – Текст: непосредственный.
14. An optimized feedrate scheduling method for CNC machining with round-off error compensation / Hepeng Ni, Tianliang Hu, Chengrui Zhang [et al] // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – vol. 97. – pp. 2369–2381. – DOI: 10.1007/s00170-018-1986-x (accessed: 11.08.2021). – Text: electronic.

 Полный текст статьи (pdf)