运营铁路隧道治理专用凿毛装置的设计与运动学分析

1

作者 周扬 易勇 +2 位作者 罗舟 宁智 尹来容 《工程设计学报》 北大核心 2025年第5期708-719,共12页

针对运营铁路隧道治理天窗期短、人工凿毛效率低及定向专用设备缺乏等问题,基于隧道整治施工需求开发了一种隧道治理专用的凿毛装置。首先,根据凿毛作业要求确定了凿毛装置的结构为机械臂结合剪叉式提升架,并适配设计了固定连接型与铰... 针对运营铁路隧道治理天窗期短、人工凿毛效率低及定向专用设备缺乏等问题,基于隧道整治施工需求开发了一种隧道治理专用的凿毛装置。首先,根据凿毛作业要求确定了凿毛装置的结构为机械臂结合剪叉式提升架,并适配设计了固定连接型与铰接型凿毛机构。然后,通过改进D-H(Denavit-Hartenberg)参数法建立了凿毛装置运动学模型,开展了正、逆运动学分析,并采用蒙特卡洛法求解了凿毛装置的工作空间。最后,对凿毛装置的作业过程进行了运动轨迹规划分析,利用五次多项式插值法进行关节空间点到点轨迹规划,并利用基于S形加减速控制算法的平面圆弧插补方法进行笛卡儿空间指定路径规划。结果表明,所设计的凿毛装置的整体结构及工作空间符合设计要求,且运动性能良好;通过运动轨迹规划分析有效地减少了凿毛装置作业过程中的运动冲击与振动,保证了凿毛作业的安全性。研究结果为后续的凿毛装置实物样机制造与凿毛作业试验提供了理论基础。 展开更多

关键词 铁路隧道 凿毛装置 S形加减速控制算法 运动学分析 运动轨迹规划

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高质量加工五次多项式速度规划算法研究 被引量：1

2

作者 盖荣丽 杜晓燕 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第6期58-63,共6页

通过分析直线、指数、S曲线以及正弦函数几种常用的加减速算法,针对传统的速度规划算法存在的加工曲线不连续以及加工过程出现振荡、加工精度低等问题,提出适用于高质量加工的五次多项式速度规划算法,将整个加工过程分段,细化每一段的方... 通过分析直线、指数、S曲线以及正弦函数几种常用的加减速算法,针对传统的速度规划算法存在的加工曲线不连续以及加工过程出现振荡、加工精度低等问题,提出适用于高质量加工的五次多项式速度规划算法,将整个加工过程分段,细化每一段的方程,并介绍对于待定的NURBS曲线使用五次多项式速度规划算法进行插补的过程,针对快速插补和实时插补两个阶段进行优化。结尾根据仿真加工实验图像得出结论,该算法实现了加工过程中运动曲线的连续变化、柔性变化。并将加工精度控制在理想范围之内,适应于高质量的加工。 展开更多

关键词 五次多项式 插补算法 加工精度 加减速控制 连续速度 柔性加工

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基于多项式加减速的多头螺纹磨削算法研究 被引量：1

3

作者 张威 吴双峰 +1 位作者 贺明茹 邢虎 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第11期2050-2059,共10页

对多头螺纹进行磨削加工时,为了实现砂轮与切入点对齐,砂轮需要回到零点,并在零点等待一转信号和主轴转过偏转角度,而等待固定的信号会导致插补效率降低。针对这一问题,设计了一种基于混合非对称多项式加减速控制算法的多头螺纹快速分... 对多头螺纹进行磨削加工时,为了实现砂轮与切入点对齐,砂轮需要回到零点,并在零点等待一转信号和主轴转过偏转角度,而等待固定的信号会导致插补效率降低。针对这一问题,设计了一种基于混合非对称多项式加减速控制算法的多头螺纹快速分头算法。首先,分析了螺纹分头原理和砂轮切入方法,提取了切入点选择特征;然后,采用分区建立了插补时间规划模型,根据插补时间规划方法和砂轮切入点选择特征,建立了砂轮与每个切入点对齐的脉冲时间变化模型;之后,根据五次速度曲线加减速控制算法和三次速度曲线加减速控制算法的基本原理,设计了混合非对称多项式加减速控制算法模型,建立了参数控制模型及快退区目标速度预测模型;最后,采用MATLAB仿真的方法,验证了多头螺纹快速分头算法的正确性和有效性。研究结果表明:在工况1、工况2条件下(螺纹头数分别为20、25,其他条件相同),顺序切入和对称切入的加工效率分别提高了12.98%、0.67%,根据工况参数可以确定加工效率最高的砂轮切入方法;采用变加减速控制的方法,在快退区减速段可以实现±4 ms的容差控制目标,降低了砂轮与切入点对齐算法的容差压力;采用混合非对称多项式加减速控制算法,可以对多头螺纹快速分头插补和加加速度进行柔性控制,以提高螺纹分头的效率。 展开更多

关键词 多头螺纹分头算法 五次速度曲线 三次速度曲线 插补时间规划 螺纹切入点 混合非对称加减速控制算法 参数控制模型

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基于PCIe总线的机器人多轴控制器的研究 被引量：1

4

作者 张一东 徐一栋 陈海卫 《机床与液压》 北大核心 2024年第21期35-42,共8页

为了解决多轴机器人成本高和开放性不足的问题,提出一种新的多轴控制器设计方案。该方案以PCIe总线作为通信接口,FPGA作为核心处理器,ARM微处理器作为从处理器。以FPGA+ARM为基础实现控制器硬件电路搭建。针对笛卡尔空间下轨迹规划引入... 为了解决多轴机器人成本高和开放性不足的问题,提出一种新的多轴控制器设计方案。该方案以PCIe总线作为通信接口,FPGA作为核心处理器,ARM微处理器作为从处理器。以FPGA+ARM为基础实现控制器硬件电路搭建。针对笛卡尔空间下轨迹规划引入S型加减速快速规划算法,确保控制器插补过程中各关节速度和加速度的连续。在PT运动模式下使用脉冲平摊算法保证了脉冲信号的稳定输出。最后对笛卡尔空间下控制器的圆弧插补功能进行仿真与验证,结果表明该控制器能够实现预定轨迹且各关节速度与加速变化平滑。 展开更多

关键词 机器人多轴控制器 S型加减速算法 PT运动模式

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一种预判插补时间的S形加减速插补算法 被引量：9

5

作者 唐小琦 何王勇 李勇波 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第23期2794-2797,2801,共5页

在分析S形加减速控制7段模型的基础上,为实现加速度和加加速度限制下插补后位移、速度、加速度同步为零,提出了一种预判S形加减速各段插补时间的算法,并对算法的实现进行了详细的论述。对任意位移、速度组合线段进行测试表明:算法正确... 在分析S形加减速控制7段模型的基础上,为实现加速度和加加速度限制下插补后位移、速度、加速度同步为零,提出了一种预判S形加减速各段插补时间的算法,并对算法的实现进行了详细的论述。对任意位移、速度组合线段进行测试表明:算法正确、运算效率高,适合插补前加减速控制。 展开更多

关键词 S形加减速 插补算法 加加速度 数控

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三次多项式型微段高速加工速度规划算法研究 被引量：36

6

作者 冷洪滨 邬义杰 潘晓弘 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2008年第2期336-340,397,共6页

为满足高速数控加工的要求,提出了一种三次多项式加减速控制模型。该模型能保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生大的冲击。针对连续微段的高速加工,建立了满足最大速度、最大加速度、几何运动轨迹及长度约束条件下... 为满足高速数控加工的要求,提出了一种三次多项式加减速控制模型。该模型能保证高速运行过程中加速度的连续,使机床运行平稳,避免产生大的冲击。针对连续微段的高速加工,建立了满足最大速度、最大加速度、几何运动轨迹及长度约束条件下的轨迹速度规划策略,并给出三次多项式型速度规划算法的实现流程图。试验结果表明,该算法能实现连续微段间进给速度的高速衔接,大大缩短加工时间并提高加工效率。该算法已成功应用于多坐标数控高速微细加工系统中。 展开更多

关键词 加减速控制模型 三次速度曲线 微段高速加工 速度规划算法

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伺服压力机柔性加减速控制算法 被引量：15

7

作者 宋清玉 郭宝峰 +1 位作者 李建 殷文齐 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期269-273,共5页

提出了一种伺服电动机柔性加减速控制算法,采用2个不同周期的三角函数叠加作为伺服电动机加减速构造函数,加减速所需的转矩与伺服电动机特性更好地匹配,能够降低系统对伺服电动机功率的要求。推导了伺服电动机位移、速度、加速度和加加... 提出了一种伺服电动机柔性加减速控制算法,采用2个不同周期的三角函数叠加作为伺服电动机加减速构造函数,加减速所需的转矩与伺服电动机特性更好地匹配,能够降低系统对伺服电动机功率的要求。推导了伺服电动机位移、速度、加速度和加加速度数学表达式,并与三角函数加减速控制算法进行了比较。实验结果表明,该算法能够应用于伺服压力机加工工艺曲线规划设计。 展开更多

关键词 伺服压力机 伺服电动机 柔性加减速 控制算法

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S形加减速算法前瞻处理研究 被引量：11

8

作者 朱明 游有鹏 何均 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2011年第10期2140-2144,共5页

由于S形加减速算法的表达式是分段表达式且包括无理表达式,在应用S形加减速算法进行前瞻处理时出现了两个问题:1、方程表达式难以确定;2、需要求解无理方程.针对第一问题,提出一种仅需要少量计算和比较的方法.为了求解无理方程,本文提... 由于S形加减速算法的表达式是分段表达式且包括无理表达式,在应用S形加减速算法进行前瞻处理时出现了两个问题:1、方程表达式难以确定;2、需要求解无理方程.针对第一问题,提出一种仅需要少量计算和比较的方法.为了求解无理方程,本文提出使用拉格朗日逼近法构造二次方程来逼近无理方程,详细分析了逼近产生的误差并给出一种误差校正的方法.文中提出的方法在Matlab平台仿真实现,并已通过实际加工NURBS曲线验证可行. 展开更多

关键词 S形加减速 前瞻 拉格朗日逼近法 数控系统

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平面型Hbot机构的运动控制算法 被引量：7

9

作者 丁承君 张鹏 +1 位作者 闫彬 赵泽羽 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2017年第1期77-82,共6页

为更简便地实现对Hbot机构的运动控制,以Hbot结构3D打印机的X、Y平面为研究对象,对该结构进行运动分析,建立运动位移与步进电机运动之间的数学关系,得到机构的运动特性,并通过建立一个新的机构坐标系使运动分析简单化;根据机构运动特性... 为更简便地实现对Hbot机构的运动控制,以Hbot结构3D打印机的X、Y平面为研究对象,对该结构进行运动分析,建立运动位移与步进电机运动之间的数学关系,得到机构的运动特性,并通过建立一个新的机构坐标系使运动分析简单化;根据机构运动特性,引入布兰森汉姆(Bresenham)直线算法实现该机构的直线运动,并将梯形加减速算法与Bresenham算法相结合对机构进行直线运动的速度规划;最后提出一种对机构运动误差进行修正的简单方法.结合Matlab对实验结果进行仿真,结果表明:运用以上算法基本可实现对该机构运动控制与运动误差修正,修正之后运动误差保持在-0.0780 mm附近波动. 展开更多

关键词 平面型Hbot机构 运动控制 梯形加减速算法 Bresenham直线算法 运动误差修正 3D打印机

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基于多关节机器人的能量最小消耗控制策略 被引量：11

10

作者 党培 谭云福 申利民 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2010年第12期4575-4577,共3页

为了能够在有限的能量供给的情况下延长机器人运行时间,针对此类机器人在运动中的耗能问题,提出一种通过改进梯形升降速算法来实现多关节机器人能量最小消耗的控制方法。首先对多关节机器人的协调控制及能耗问题进行了研究,利用梯形升... 为了能够在有限的能量供给的情况下延长机器人运行时间,针对此类机器人在运动中的耗能问题,提出一种通过改进梯形升降速算法来实现多关节机器人能量最小消耗的控制方法。首先对多关节机器人的协调控制及能耗问题进行了研究,利用梯形升降速算法的速度函数与伺服电机耗能之间的关系推导出该算法的能量函数;然后通过求解能量函数最小值,得出梯形速度曲线基于能量最优的时间参数,利用该时间参数来设定伺服电机各运动阶段的时间,使机器人耗能最小。最后通过实验计算及分析,验证了所述控制策略在解决机器人耗能最小化问题上的有效性。 展开更多

关键词 多关节机器人 关节协调控制 最小能量消耗 梯形升降速算法

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嵌入式运动控制系统中前瞻控制技术的研究 被引量：2

11

作者 陈光黎 钟震宇 +2 位作者 张严林 林丽娜 黎伟权 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2012年第3期25-27,共3页

传统的嵌入式运动控制系统中前瞻控制技术的应用存在实时性差、系统资源开销大,以及整体规划灵活性差的问题。为此,提出了基于PC加嵌入式系统的运动控制模式,通过PC图形化编程界面来完成加工路径整体速度规划和路径的加减速控制工作,并... 传统的嵌入式运动控制系统中前瞻控制技术的应用存在实时性差、系统资源开销大,以及整体规划灵活性差的问题。为此,提出了基于PC加嵌入式系统的运动控制模式,通过PC图形化编程界面来完成加工路径整体速度规划和路径的加减速控制工作,并将前瞻控制的结果通过通信协议的扩充对每条加工路径起始和终止位置的加减速进行定义,嵌入式运动控制系统仅需按定义的内容来顺序执行每条加工指令,有效地克服了系统中存在的问题。 展开更多

关键词 嵌入式系统 前瞻控制技术 整体速度规划 加减速控制

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螺纹插补自动加减速控制算法的研究 被引量：1

12

作者 许爱芬 王太勇 +1 位作者 王涛 赵丽 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2008年第13期232-234,共3页

介绍了一种新的数控车床螺纹插补加减速控制方法,其核心思想就是将加减速的过程离散成N级,在每一级中步进电机要以给定的频率恒速运行给定的步数,而后再升速。该算法有效地解决了高速螺纹加工过程中丢步、中断嵌套等问题,保证了加工精... 介绍了一种新的数控车床螺纹插补加减速控制方法,其核心思想就是将加减速的过程离散成N级,在每一级中步进电机要以给定的频率恒速运行给定的步数,而后再升速。该算法有效地解决了高速螺纹加工过程中丢步、中断嵌套等问题,保证了加工精度。在配以MCF375和RTOS数控系统的TDNC150型车床上验证了该算法的可行性。 展开更多

关键词 螺纹加工 加减速控制 CNC车床 步进电机 插补算法 离散

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基于NURBS插补算法的汽轮机叶片数控加工 被引量：5

13

作者 乐英 王颖 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2017年第1期78-81,共4页

为了提高汽轮机叶片的加工精度,文章通过分析汽轮机叶片的结构特点,采用一种NURBS曲线插补算法对其进行插补仿真。文章所采用算法由两部分组成:速度规划和参数计算。首先速度规划采用简化的五段S曲线加减速控制方法,保证了叶片在高速加... 为了提高汽轮机叶片的加工精度,文章通过分析汽轮机叶片的结构特点,采用一种NURBS曲线插补算法对其进行插补仿真。文章所采用算法由两部分组成:速度规划和参数计算。首先速度规划采用简化的五段S曲线加减速控制方法,保证了叶片在高速加工过程中加速度的连续,使机床运行平稳,然后利用牛顿迭代法来计算插补参数,得到更精确的插补参数,进一步提高了叶片的加工精度和加工速度。汽轮机叶片的插补仿真表明,该算法有高的稳定性和运算精度,并且使机床振动减小,速度波动小,保证了叶片的高质量加工。 展开更多

关键词 汽轮机叶片 NURBS插补算法 五段S曲线加减速控制 牛顿迭代法

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基于S曲线加减速旋挖钻机定位控制研究 被引量：1

14

作者 陶柳 肖烈 +2 位作者 余浩 王云 雷雄 《机床与液压》 北大核心 2018年第10期126-130,共5页

以旋挖钻机回转自动定位控制系统为研究对象,分析旋挖转机回转自动定位系统与S曲线原理,根据S曲线调整的方法提出基于S曲线加减速的旋挖钻机自动回转定位控制算法,并对该算法进行了分类分析及设计。为验证S曲线加减速算法在旋挖钻机自... 以旋挖钻机回转自动定位控制系统为研究对象,分析旋挖转机回转自动定位系统与S曲线原理,根据S曲线调整的方法提出基于S曲线加减速的旋挖钻机自动回转定位控制算法,并对该算法进行了分类分析及设计。为验证S曲线加减速算法在旋挖钻机自动定位控制中的可行性及可靠性,在装有高速运动控制器的旋挖钻机上进行试验。结果表明:这种方法可满足旋挖钻机自动定位控制,且具有旋挖钻机运行平稳、控制精度高等优点。 展开更多

关键词 旋挖钻机 S曲线加减速算法 自动回转定位 控制系统

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嵌入式数控系统速度前瞻规划算法研究 被引量：7

15

作者 游达章 余炼 +1 位作者 张敏 康亚伟 《兵器装备工程学报》 CAS 北大核心 2020年第8期187-192,共6页

梯形加减速法被广泛地应用到嵌入式数控系统当中,为了进一步追求平稳和高效,在连续多段前瞻算法的基础之上做了改进,提出了单段前瞻后顾算法;通过仿真实验,对比分析了3种不同速度规划算法的效率和平稳性。结果表明,单段前瞻后顾算法能... 梯形加减速法被广泛地应用到嵌入式数控系统当中,为了进一步追求平稳和高效,在连续多段前瞻算法的基础之上做了改进,提出了单段前瞻后顾算法;通过仿真实验,对比分析了3种不同速度规划算法的效率和平稳性。结果表明,单段前瞻后顾算法能有效避免单次连续规划段数对效率和平稳性的影响,且能够有效减少电机加减数次数,执行效率也得到了小幅提升,与前人相比有不同程度提高。此外,算法能够在嵌入式数控系统平台(STM32F407)上实现,测量结果与仿真吻合。 展开更多

关键词 嵌入式系统 数控系统 轨迹规划 梯形加减速 前瞻后顾算法

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六面顶压机冷却水水温控制系统的设计 被引量：1

16

作者 任天平 刘日平 《机械设计与制造》 北大核心 2017年第8期130-132,共3页

研究了一种以控制冷却水温度来提高金刚石合成质量的方法。设计了DS18B20温度采集电路、通讯电路、步进电机驱动电路等硬件实现部分。采用步进电机加减速算法,实现了以STM32为控制核心的步进电机匀加减速运动。通过实验获得了冷却水流... 研究了一种以控制冷却水温度来提高金刚石合成质量的方法。设计了DS18B20温度采集电路、通讯电路、步进电机驱动电路等硬件实现部分。采用步进电机加减速算法,实现了以STM32为控制核心的步进电机匀加减速运动。通过实验获得了冷却水流量和出水口温度与流量调节阀开度的变化关系。在时变的、非线性、纯滞后的水温控制系统中,采用了多模态PID算法,处理了复杂大惯性系统中调节速度快、超调小难以兼得的问题。实验结果表明,该系统最大超调量2.5%,控制精度可达±2℃。 展开更多

关键词 六面顶压机 温度控制 多模态PID 加减速算法 步进电机

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冲压机器人关节速度规划 被引量：5

17

作者 李金良 舒翰儒 徐磊 《机床与液压》 北大核心 2021年第3期15-19,共5页

设计一种四自由度冲压机器人,建立梯形加减速控制算法、S曲线加减速控制算法,通过分析速度、加速度、加加速度对冲压机器人运动的影响,为提高其运动的平稳性,提出一种三次S曲线加减速控制算法,通过ADAMS仿真对比3种控制算法的性能,得出... 设计一种四自由度冲压机器人,建立梯形加减速控制算法、S曲线加减速控制算法,通过分析速度、加速度、加加速度对冲压机器人运动的影响,为提高其运动的平稳性,提出一种三次S曲线加减速控制算法,通过ADAMS仿真对比3种控制算法的性能,得出三次S曲线加减速控制算法在运动规划中更具优势,为冲压机器人后续的运动分析和优化提供了参考。 展开更多

关键词 冲压机器人 三次S曲线加减速控制算法 运动规划

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上下料机器人关节速度规划 被引量：1

18

作者 李金良 张斌 +2 位作者 舒翰儒 杨学顺 刘阿健 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第14期5784-5788,共5页

新兴的高新技术产业和智能化产业推动了上下料机器人的快速发展,但是其运动的平稳性限制着进一步的推广与应用。设计了一种4R上下料机器人。首先建立梯形、7段S曲线加减速控制算法,通过分析这两种算法对机器人运动平稳性的影响,提出了... 新兴的高新技术产业和智能化产业推动了上下料机器人的快速发展,但是其运动的平稳性限制着进一步的推广与应用。设计了一种4R上下料机器人。首先建立梯形、7段S曲线加减速控制算法,通过分析这两种算法对机器人运动平稳性的影响,提出了一种新型的S形加减速控制算法。利用ADAMS对三种算法进行仿真分析,结果表明新型的S形加减速控制算法在提高4R上下料机器人的运动平稳性方面更具优势并为4R上下料机器人后续的运动控制分析和优化奠定了基础。 展开更多

关键词 4R上下料机器人 S形加减速控制算法 ADAMS 运动平稳性

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面向曲线加工的精确加减速控制

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作者 焦青松 李迪 王世勇 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2015年第5期733-736,共4页

数控系统加工曲线轨迹的实质是以连续的直线段逼近曲线轨迹,所以加工轨迹的实际长度不等于曲线轨迹的理论长度。针对此问题,提出了一种利用二分法的基本思想求解加工轨迹的实际长度,从而实现精确加减速控制的算法。仿真结果表明:采用所... 数控系统加工曲线轨迹的实质是以连续的直线段逼近曲线轨迹,所以加工轨迹的实际长度不等于曲线轨迹的理论长度。针对此问题,提出了一种利用二分法的基本思想求解加工轨迹的实际长度,从而实现精确加减速控制的算法。仿真结果表明:采用所提算法能够实现插补终点与曲线轨迹终点重合,并且能够实现理论加减速曲线与实际加减速曲线一致,从而有利于保证加工质量和机床的动态性能。 展开更多

关键词 加减速控制 曲线加工 二分法

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基于Jerk值限制的三阶匀加减速运动轨迹设计

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作者 杨旭东 王淞 《现代电子技术》 北大核心 2019年第9期103-106,共4页

为了提高机器人的运动精度,让机器人的运动更加平滑,在二阶运动轨迹的基础上加入Jerk值这一限制条件。实验中根据Jerk值的变化将一个两点之间的运动轨迹分成七段,建立各个阶段的数学模型。设计运动轨迹的逻辑控制算法,以Simulink中State... 为了提高机器人的运动精度,让机器人的运动更加平滑,在二阶运动轨迹的基础上加入Jerk值这一限制条件。实验中根据Jerk值的变化将一个两点之间的运动轨迹分成七段,建立各个阶段的数学模型。设计运动轨迹的逻辑控制算法,以Simulink中Stateflow工具箱为载体,利用Stateflow中的状态模块以及逻辑控制转换模块,将建立的运动轨迹数学模型以及逻辑控制演算法结合在一起,设计成一个三阶匀加减速运动轨迹产生器。通过三阶运动曲线生成的梯形加速度轨迹可以使机器人在运动过程中减少运动冲击,延长使用寿命,在实际工业应用中具有十分重要的意义。 展开更多

关键词 JERK STATEFLOW 匀加减速运动 轨迹规划 机器人控制 轨迹算法

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