数控机床按运动控制轨迹分类
数控机床有很多分类方式，可以按工艺用途分类、机床运动控制轨迹分类、伺服控制方式分类、数控系统功能水平分类。泊头巨人重工机械有限公司是一家专业生产、立车、数控立车、数控龙门铣床、龙门加工中心、数控落地镗铣床的生产厂家。对数控机床分类很有心得，下面我们讲解一下按机床运动控制轨迹分类。
按机床运动控制轨迹分类
(1)点位控制数控机床这类机床的控制特点是只控制机床运动部件从一坐标点到另一坐标点的精确定位。移动过程中不进行加工，对定位过程中的轨迹没有严格要求，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了减少移动时间和提高定位精度，一般先快速移动至接近终点坐标，然后低速准确运动到终点位置。这类数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。图1- 3所示为点位控制数控机床加工示意图。
(2)点位直线控制数控机床这类机床的控制特点是既控制机床运动部件从一坐标点到另一坐标点的精确定位，还要控制两点问的速度和轨迹。其轨迹是平行于机床各坐标轴的直线，或两轴同时移动构成的斜线。这类数控机床有数控车床、数控铣床、数控磨床等，其局限性是只能作简单的直线运动，不能实现任意的轮廓轨迹加工。图1 4所示为点位直线控制数控机床加工示意图。
（3)轮廓控制数控机床这类机床也称连续控制数控机床。其控制特点是能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行连续关联的控制）机床运动部件不仅能精确控制起点与终点坐标位置）而且_能精确控制整个加工运动轨迹（控制每一点的速度和位移量））以满足零件轮廓表面的加工要求。数控系统中的捕补器根据程序输入的基本参数（如直线的终点坐标、圆弧的终点坐标和圆心坐标或半径））进行插补运算）实现加工过程速度和位移控制。这类数控机床有数控车床、数控铣床、数控线切割机床、各类加中心等。
按机床可同时控制的坐标轴数）可分为二轴联动、二轴半联动、三轴联动、四轴联动、五轴联动。
二轴联动可同时控制X、Y、z三轴中二轴联动）加工曲线柱面）如图1 5所示。
二轴半联动指其中二轴联动）第三轴作周期进给）可采用行切法加工三维空间曲面）如图1- 6所示。
三轴联动可同时控制X、y、Z三轴联动）或控制X、y、Z三轴中二轴联动再加控制绕某一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴（A轴、B轴或（C轴）。可作三维立体加工）如图1- 7所示。
四轴联动可同时控制X、Y、z三轴联动）加上控制一个旋转坐标轴(A轴、B轴或C轴)）如图1- 8所示。
五轴联动可同时控制X、y、Z三轴联动，加上控制两个旋转坐标轴（A轴、B轴或C轴），如图l-9所示。
运动控制系统基本架构及控制轨迹要点简述 运动控制起源于早期的伺服控制。简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。早期的运动控制技术主要是伴随着数控技术、机器人技术和工厂自动化技术的发展而发展的。早期的运动控制器实际上是可以独立运行的专用的控制器，往往无需另外的处理器和操作系统支持，可以独立完成运动控制功能、工艺技术要求的其他功能和人机交互功能。这类控制器可以成为独立运行的运动控制器。这类控制器主要针对专门的数控机械和其他自动化设备而设计，往往已根据应用行业的工艺要求设计了相关的功能，用户只需要按照其协议要求编写应用加工代码文件，利用RS232或者DNC方式传输到控制器，控制器即可完成相关的动作。这类控制器往往不能离开其特定的工艺要求而跨行业应用，控制器的开放性仅仅依赖于控制器的加工代码协议，用户不能根据应用要求而重组自己的运动控制系统。 运动控制的定义 运动控制（MC）是自动化的一个分支，它使用通称为伺服机构的一些设备如液压泵，线性执行机或者是电机来控制机器的位置和/或速度。运动控制在机器人和数控机床的领域内的应用要比在专用机器中的应用更复杂，因为后者运动形式更简单，通常被称为通用运动控制（GMC）。运动控制被广泛应用在包装、印刷、纺织和装配工业中。 运动控制系统的基本架构组成 一个运动控制器用以生成轨迹点（期望输出）和闭合位置反馈环。许多控制器也可以在内部闭合一个速度环。 一个驱动或放大器用以将来自运动控制器的控制信号（通常是速度或扭矩信号）转换为更高功率的电流或电压信号。更为先进的智能化驱动可以自身闭合位置环和速度环，以获得更精确的控制。 一个执行器如液压泵、气缸、线性执行机或电机用以输出运动。
1-3自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统。为了更好的了解自动控制系统的特点，介绍一下自动控制系统的分类。分类方法很多，这里主要介绍其中比较重要的几种： 一、按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性。按描述系统运动的微分方程可将系统分成两类： 1．线性自动控制系统描述系统运动的微分方程是线性微分方程。如方程的系数为常数，则称为定常线性自动控制系统；相反，如系数不是常数而是时间t的函数，则称为变系数线性自动控制系统。线性系统的特点是可以应用叠加原理，因此数学上较容易处理。 2．非线性自动控制系统描述系统的微分方程是非线性微分方程。非线性系统一般不能应用叠加原理，因此数学上处理比较困难，至今尚没有通用的处理方法。 严格地说，在实践中，理想的线性系统是不存在的，但是如果对于所研究的问题，非线性的影响不很严重时，则可近似地看成线性系统。同样，实际上理想的定常系统也是不存在的，但如果系数变化比较缓慢，也可以近似地看成线性定常系统。 二、按系统中传递信号的性质分类 1．连续系统系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统。 2．采样系统系统中至少有一处，传递的信号是时间的离散信号，则称为采样系统，或离散系统。 三、按控制信号r(t)的变化规律分类 1．镇定系统() r t为恒值的系统称为镇定系统(图1-2所示系统就是一例)。 2．程序控制系统() r t为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统(图1-11所示系统就是一例)。 3．随动系统() r t为事先未知的时间函数的系统称为随动系统，或跟踪系统，如图1-7所示的位置随动系统及函数记录仪系统。
一、平面二连杆机器人手臂运动学 平面二连杆机械手臂如图1所示，连杆1长度1l ，连杆2长度2l 。建立如图1所示的坐标系，其中，),(00y x 为基础坐标系，固定在基座上，),(11y x 、),(22y x 为连体坐标系，分别固结在连杆1和连杆2上并随它们一起运动。关节角顺时针为负逆时针为正。 图1平面双连杆机器人示意图 1、用简单的平面几何关系建立运动学方程 连杆2末段与中线交点处一点P 在基础坐标系中的位置坐标： ) sin(sin )cos(cos 2121121211θθθθθθ++=++=l l y l l x p p （1） 2、用D-H 方法建立运动学方程 假定0z 、1z 、2z 垂直于纸面向里。从),,(000z y x 到),,(111z y x 的齐次旋转变换矩阵为： ????? ???????-=10 00 010000cos sin 00sin cos 1 111 01θθ θθT （2） 从),,(111z y x 到),,(222z y x 的齐次旋转变换矩阵为： ????? ???????-=10 00 010000cos sin 0sin cos 2 212212θθ θθl T （3） 从),,(000z y x 到),,(222z y x 的齐次旋转变换矩阵为：
? ??? ? ???????+++-+=?? ??? ? ? ?????-?????????????-=?=10000100sin 0)cos()sin(cos 0)sin()cos(1000010000cos sin 0sin cos 1000 010000cos sin 00sin cos 11212111212122122111112 0102θθθθθθθθθθθθθθθθθθl l l T T T （4） 那么，连杆2末段与中线交点处一点P 在基础坐标系中的位置矢量为： ? ?? ? ? ???????=????????????++++=? ??? ? ???????? ????????????+++-+=?=110)sin(sin )cos(cos 10010000100sin 0)cos()sin(cos 0)sin()cos(212112121121121211121212 020p p p z y x l l l l l l l P T P θθθθθθθθθθθθθθθθ （5） 即， ) sin(sin )cos(cos 2121121211θθθθθθ++=++=l l y l l x p p （6） 与用简单的平面几何关系建立运动学方程（1）相同。 建立以上运动学方程后，若已知个连杆的关节角21θθ、，就可以用运动学方程求出机械手臂末端位置坐标，这可以用于运动学仿真。 3、平面二连杆机器人手臂逆运动学 建立以上运动学方程后，若已知个机械臂的末端位置，可以用运动学方程求出机械手臂二连杆的关节角21θθ、，这叫机械臂的逆运动学。逆运动学可以用于对机械臂关节角和末端位置的控制。对于本例中平面二连杆机械臂，其逆运动学方程的建立就是已知末端位置 ),(p p y x 求相应关节角21θθ、的过程。推倒如下。 （1）问题 ) sin(sin )cos(cos 2121121211θθθθθθ++=++=l l y l l x p p 已知末端位置坐标),(p p y x ，求关节角21θθ、。 （2）求1θ
自动控制系统的基本组成与分类 自动控制系统的基本组成 如前所述，自动控制系统(即反馈控制系统)由被控对象和控制装置两大部分组成， 根 据其功能，后者又是由具有不同职能的基本元部件组成的。图1．12是一个典型的自 动控制 系统的基本组成示意图，图中组成系统的各基本环节及其功能如下。 1．被控对象 如前所述，被控对象是指对其莱个特定物理量进行控制的设备或过程 出即为系统的输出员，即被控量，通常以c(r)(或y(f))表示。 2．阁量元件 测量元件用于对输出量进行测量，并将其反馈至输入端。如果输出量与输入量的物 理 单位不同，有时还要进行相应的量纲转换*例如，温度测量装置(热电偶)用于团量湿度并 转换为电压(见固1．2)，测速发电机用于测量电动机轴转速井转换为电压(见田1．9)。 3．给定元件 根据控制日的，给定元件将给定量转换为与期望输出相对应的系统治入量(通常以 r(‘)表示)，作为系统的控制依据。例如，图1．9中，给定电压M2的电位器即为给 定元件。 4．比较元件 比较元件对输入量与测量元件测得的输出量进行比较，并产生偏差信号
中的电压比较电路。通常，比较元件输出的偏差信号以‘(2)表示。 5．放大元件 放大元件是特比较元件结出的(檄弱的)偏差信号进行放大(必要时还要进行物理量的转换)。例如，图1．9中的ATMEL代理放大器和晶闸管整流装置等。 6．执行元件 执行元件的功能是，根据放大元件放大后的偏差信号，推动执行元件去控制被控对 象，使其被控量按照设定的要求变化。通常，电动机、液压马达等都可作为执行元件。7．校正元件 校正元件又称补偿元件，用于改善系统的性能，通常以串联或反馈的方式连接在系 统中。 在图1．12中，作用信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系 统治出量经测旦元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路；前向通路和主反馈通 路构 成的回路称为主反馈回路，简称主回路。除此之外，还有局部反馈通路以及局部反馈 回路 等*将只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，将包含两个或两个以上反馈通路的 系统称为多回路系统。 1．4．2 自动控制系统的分类 如前所述，自动控制系统的组成千差万别，所完成的控制任务也不尽相同，但可以 按 不同的分类方法，将其分为各种不同的类别。例如，按控制方式可分为开环控制系统、闭 环控制系统和复合控制系TI代理统；按元件类型可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系
2014级高一物理竞赛培训第 讲 相对运动 任何物体的运动都是相对于一定的参照系而言的，相对于不同的参照系，同一物体的运动往往具有不同的特征、不同的运动学量。 通常将相对观察者静止的参照系称为静止参照系；将相对观察者运动的参照系称为运动参照系。物体相对静止参照系的运动称为绝对运动，相应的速度和加速度分别称为绝对速度和绝对加速度；物体相对运动参照系的运动称为相对运动，相应的速度和加速度分别称为相对速度和相对加速度；而运动参照系相对静止参照系的运动称为牵连运动，相应的速度和加速度分别称为牵连速度和牵连加速度。 绝对运动、相对运动、牵连运动的速度关系是：绝对速度等于相对速度和牵 连速度的矢量和。 牵连相对绝对v v v += 这一结论对运动参照系是相对于静止参照系作平动还是转动都成立。 当运动参照系相对静止参照系作平动时，加速度也存在同样的关系： 牵连 相对绝对a a a += 位移合成定理：S A 对地=S A 对B +S B 对地 如果有一辆平板火车正在行驶，速度为火地v （脚标“火地”表示火车相对地 面，下同）。有一个大胆的驾驶员驾驶着一辆小汽车在火车上行驶，相对火车的 速度为汽火v ，那么很明显，汽车相对地面的速度为： 火地 汽火汽地v v v += （注意：汽火v 和火地v 不一定在一条直线上）如果汽车中有一只小狗，以相对 汽车为狗汽v 的速度在奔跑，那么小狗相对地面的速度就是 火地 汽火狗汽狗地v v v v ++= 从以上二式中可看到，上列相对运动的式子要遵守以下几条原则： ①合速度的前脚标与第一个分速度的前脚标相同。合速度的后脚标和最后一
个分速度的后脚标相同。 ②前面一个分速度的后脚标和相邻的后面一个分速度的前脚标相同。 ③所有分速度都用矢量合成法相加。 ④速度的前后脚标对调，改变符号。 以上求相对速度的式子也同样适用于求相对位移和相对加速度。 相对运动有着非常广泛的应用，许多问题通过它的运用可大为简化，以下举两个例子。 例1 如图2-2-1所示，在同一铅垂面上向图示的两个方向以s m v s m v B A /20/10==、的初速度抛出A 、B 两个质点，问1s 后A 、B 相距多远？ 这道题可以取一个初速度为零，当A 、B 抛出时开 始以加速度g 向下运动的参考系。在这个参考系中，A 、B 二个质点都做匀速直线运动，而且方向互相垂直，它们之间的距离 ()()4.225102 2==+= m t v t v s B A AB m 例2在空间某一点O ，向三维空间的各个方向以相同的速度οv 射出很多个小球，球ts 之后这些小球中离得最远的二个小球之间的距离是多少（假设ts 之内所有小球都未与其它物体碰撞）？ 这道题初看是一个比较复杂的问题，要考虑向各个方向射出的小球的情况。但如果我们取一个在小球射出的同时开始自O 点自由下落的参考系，所有小球就都始终在以O 点为球心的球面上，球的半径是t v 0，那么离得最远的两个小球之间的距离自然就是球的直径2t v 0。 同步练习 1.一辆汽车的正面玻璃一次安装成与水平方向倾斜角为β1=30°，另一次安 装成倾角为β2=15°。问汽车两次速度之比2 1 v v 为多少时，司机都是看见冰雹都 是以竖直方向从车的正面玻璃上弹开？（冰雹相对地面是竖直下落的） 提示：利用速度合成定理，作速度的矢量三角形。答案为：3。 2、模型飞机以相对空气 v = 39km/h 的速度绕一个边长2km 的等边三角形飞 图2-2-1
数控机床的分类及典型轴类零件的加工.txt跌倒了，爬起来再哭~~~低调！才是最牛B的炫耀！！不吃饱哪有力气减肥啊？真不好意思，让您贱笑了。我能抵抗一切，除了诱惑……老子不但有车，还是自行的……一. 数控机床的分类 1. 1按加工工艺方法分类 1金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。 2特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。 3板材加工数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等 1. 2按控制控制运动轨迹分类 1点位控制数控机床 位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 2直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。 3轮廓控制数控机床
教学课题控制运动轨迹的插补原理 教学课时 2 教学目的掌握逐点比较插补法原理（直线插补，圆弧插补）及插补运算 教学难点插补运算 教学重点插补原理 教学方法讲授图示公式分析 教具准备电脑黑板粉笔教材 教学过程 教学步骤（流程）教学内容设计意图 及依据 新课学习一、逐点比较插补法原理（一种边走边找的近似法） 原理：数控装置在加工轨迹的过程中，逐点计算和判别加工 偏差，以控制坐标进给方向，从而按规定的图形加工出合格 的工件。 1.偏差判别：判别加工点对规定几何轨迹的偏差位置，然后 决定机床滑板的走向。 2.进给：控制机床滑板进给一步，向规定的轨迹逼近，缩小 偏差。 3.偏差计算：计算加工点对规定轨迹的偏差，作为下一步判 别走向的依据。 4.终点判断：判断是否到达程序的加工终点。若到达，则停 止插补。否则，继续重复上述过程，直至加工出所要求的轮 廓形状。 5.逐点比较法插补的工作流程图11-15 二、直线插补，圆弧插补 1.平面直线插补 ①.加工偏差判别式图11-16 解析教材， 理清思路 抓重点
tanαi = Y i/X i，tanα = Y e/X e 比较αi与α的大小只需比较tanαi与tanα的大小即可。因为 Tanαi- tanα= Y i/X i- Y e/X e =（X e Y i-X i Y e）/X i X e 由于X i X e＞0 所以只需比较X e Y i与X i Y e的大小。 设 F ij = X e Y i- X i Y e则有 F ij =0时，加工点M（X i，Y i）在直线上 F ij ＞0时，加工点M（X i，Y i）在直线上方 F ij ＜0时，加工点M（X i，Y i）在直线下方 ②.偏差计算 第一象限偏差与进给的关系 F≥0时X轴正方向进给，F i+1，j=F i，j-Y e F＜0时Y正方向进给，F i，j+1=F i，j+X e ③.终点判断（两种判断方法） a.利用动点所走过的总步数是否等于坐标之和来判断。 b.取点坐标Xe和Ye的较大者作为终判计数器的初值，并称此值为长轴，另一个值为短轴。 2.平面圆弧插补 ①.加工偏差判别式图11-17 R M＞R 加工点M在圆外，为缩小偏差，应控制机床滑板向圆图示、公式讲解逐点比较插补法原理及偏差计算
数控机床的分类 数控机床的品种规格很多，分类方法也各不相同.一般可根据功能和结构，按下面四种原则进行分类. 1、按机床运动的控制执进分类 (1)点位控制数控机床。点位控制数控机床只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位，对于点与点之间的运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了实现既快又精确的定位，两点间位移的移动一般先快速移动，然后慢速趋近定位点，从而保证定位精度.如图3.6所示为点位控制的加工轨迹。具有点位控制功能的机床主要有数控钻床、数控惶床和数控冲床等. (2)直线控制数控机床。直线控制数控机床也称为平行控制数控机床，其特点是除了控制点一与点之间的准确定位外.还要控制两相关点之间的移动速度和移动轨迹，但其运动路线只是与机床坐标轴平行移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个，在移位的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削.其有直线控制功能的机床主要有数控车床、数控铣床和数控磨床等。 (3)轮廓控制数控机床。轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其控制特点是能够对两个或两个以上的运动坐标方向的位移和速度同时进行控制.为了满足刀具沿工件轮
廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求，必须将各坐标方向运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来。因此，在这类控制方式中.就要求数控装置具有插补运算功能，通过数控系统内插补运算器的处理，把直线或圆弧的形状描述出来，也就是一边计算，一边根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲量，从而控制各坐标轴的联动位移量与要求的轮廓相符合.在运动过程中刀具对工件表面连续进行切削，可以进行各种直线、圆弧、曲线的加工。轮廓控制的加工轨迹如图3.7所示。 这类机床主要有数控车床、数控铣床、数控线切割机床和加工中心等，其相应的数控装置称为轮廓控制数控系统。根据它所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面儿种形式。 1)二轴联动。它主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线柱面。 2)二轴半联动。它主要用于三轴以上机床的控制，其中两根轴可以联动，而另外一根轴可以作周期性进给。如图3.8所示就是采用这种方式加工三维空问曲面的.
连续运动轨迹插补原理文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
连续运动轨迹插补原理连续运动轨迹控制是诸如数控机床、机器人等机械的一种典型运动方式，这种控制在本质上属于位置伺服系统。以数控机床为例，其控制目标是被加工的曲线或曲面（即轮廓），所以可称之为轮廓控制。如果将被加工的轮廓作为控制器的给定输入，在运动过程中随时根据轮廓参数求解刀具的轨迹和加工的误差，并在求解的基础上决定如何动作，其计算的实时性有难以满足加工速度的需求。因此在实际工程应用中采用的方法是预先通过手工或自动编程，将刀具的连续运动轨迹分成若干段（即数控技术中的程序段），而在执行程序段的过程中实时地将这些轨迹段用指定的具有快速算法的直线、圆弧或其他标准曲线予以逼近。加工程序以被加工的轮廓为最终目标，协调刀具运动过程中各坐标上的动作。加工程序的编制必须考虑诸多约束条件，主要有加工精度、加工速度和刀具半径等。加工程序本质上就是对刀具的连续运动轨迹及其运动特性的一个描述。所以轮廓控制又可称为连续运动轨迹控制。 数控技术一般以标准的格式对程序段进行描述，例如程序段“N15 G02 Xlo Y25 120 JOF125 LF”就规定了一个以(10，25)为起点，在X-Y平面上以150mm/min 的进给速度顺时针加工一个半径为20mm的整圆的过程。程序段只提供了有限的提示性信息（例如起点、终点和插补方式等），数控装置需要在加工过程中，根据这些提示并运用一定的算法，自动地在有限坐标点之间生成一系列的中间点坐标数据，并使刀具及时地沿着这些实时发生的坐标数据运动，这个边计算边执行的逼近过程就称为插补(interpolation)。上述程序段中的准备 功能G02就指定了该程序段的执行要采用顺时针方向的圆弧插补。
专题综述 课程名称工业自动化专题 题目名称工业机器人的运动轨迹学生学院____ _ 自动化________ 专业班级___ _ _ 学号 学生姓名___ _ _ 指导教师__________ 2013 年 6月 27日
工业机器人的运动轨迹综述 【摘要】：随着知识经济时代的到来，高技术已成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作为高技术的一个重要分支普遍受到了各国政府的重视。自此，多种不同的研究方向都在工业机器人实时高精度的路径跟踪来实现预期目的。而工业机器人的运动轨迹又是重中之重，在得到反馈信息之后，如何作出应答，并且实时检查轨迹与所计算出的轨迹是否吻合，为此也要进行追踪与动作修正。 【关键词】：工业机器人，视觉，路径跟踪，轨迹规划，高精度 1.机器人视觉，运动前的准备 实际的工业现场环境复杂，多种因素都有可能导致系统在运行过程中产生一定的偏差、测量精度降低，引起误差的原因主要有温度漂移和关节松动变形等，使测量模型的参数值改变从而导致定位误差增大，因此需要定期对工业机器人视觉测量系统进行精确的校准，从而实现精确定位和视觉测量。更少不得必要的优化。 1.1基于单目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测 建立的工业机器人单目视觉系统，整个系统主要由单目视觉单元，监控单元和机器人执行单元三大单元组成。单目视觉单元为一台固定在机器人上方的CCD摄像机，负责摄取工作环境中的目标并存入图像采集卡缓冲区；监控单元负责监控各工作站的当前状态，并完成对存储图像进行相关处理的工作，达到识别定位目标的目的；执行单元负责驱动机械手实施抓取操作。 1.2基于双目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测 以立体视觉理论为基础，研究了基于空间直线的二维投影面方程。根据投影面的空间解析几何约束关系，建立基于直线特征匹配的双目视觉误差测量的数学模型。在该模型基础上采用将两台摄像机固定于工业机器人末端的方案．对关节型工业机器人运动轨迹的准确度进行了检测。结果表明，该检测方法简单实用，基本上可以满足工业机器人CP性能检测的要求。 1.3一种面向工业机器人智能抓取的视觉引导技术研究 为实现工业机器人自主识别并抓取指定的目标，提出了一种基于计算机视觉引导的解决 方法。该方法利用指定目标的3D数据模型，以及由两台或者多台CCD摄像机从工作场景中不同角度获；取到的数字图像，经过目标姿态估算、投影计算并生成投影图像，再利用投影
1 偏航控制系统的分类与组成 偏航控制系统的分类 偏航控制系统主要可分为被动偏航控制系统和主动偏航控制系统两种。其中，被动偏航控制系统是当风轮偏离风向时，通过风压所形成的转矩使得风轮和风向相一致，其偏航力矩是由风力产生；主动偏航控制系统是应用液压机构或者电动机、齿轮机来使风力机迎风。当前，我国多数大型风力发电机组均采用的是主动偏航控制系统，在本文中也主要分析的是主动偏航控制系统。 偏航控制系统的组成 偏航控制系统属于一种自动控制系统，主要是由控制器、执行机构、功率放大器以及偏航计数器等多个部分所组成。其各组成部分的工作原理框架图，见下图1 所示。 如图 1 所示，偏航控制系统的工作原理为：经风向传感器采集风向变化的数据，然后再将相关数据传输到控制器当中，经过功率放大器、执行机构和偏航计数器的数据处理，并将已处理得到的数据作为参考标准进行检测和判断，以最终给出是否需要偏航以及偏航方向的指令，实现风轮能始终处于迎风状态，以最大限度的吸收风能的目的。 系统硬件设计 控制器设计 偏航控制系统的硬件控制功能主要是由控制器来实现的。由于风向瞬时波动频繁，但幅度不大，通常设置一定的允许偏差，如±8°，如果在此偏差范围以内，
即可认为是对风状态。当风轮偏航信号经过放大和模数转换后，进入到 CPU 中进行处理，再将所得的数据处理结果经过数模转换后输出，并经过功率放大驱动执行机构。如果系统需进行人工操作，还可以通过人机交互平台得以实现，CPU 还可用于和主控制器之间的信号交换。 偏航执行机构设计 偏航执行机构主要由偏航轴承、偏航电动机、偏航减速机、偏航小齿轮、偏航齿圈、制动器、偏航液压回路等设备所构成。其中，对于偏航减速机的设计，由于偏航速度低，驱动装置的减速器通常采用的是多级行星减速器或者蜗轮蜗杆与行星串联的减速器。根据机组偏航传动系统的结构需要，可以布置多个减速机驱动装置。装配时必须通过齿轮啮合间隙调整机构正确调整各个小齿轮与齿圈的相互位置，使各个齿轮副的啮合状况相一致，以避免出现卡滞或偏载问题。 偏航传感器设计 偏航传感器主要用于采集和记录偏航位移信息。位移信息通常是以当地北向为基准，有方向性，同时传感器的位移信息记录也是控制器发出电缆解扭指令的主要依据。偏航传感器的齿轮和偏航轮相啮合，当机舱和塔架相对转动时，可以将转动信息记录下来，用于限制发电机组电缆扭转的次数。 系统软件设计 由于偏航控制系统是采用的计算机控制，因此必须依赖于控制软件，以保障偏航控制系统中各种功能的实现。本文所设计的系统软件主程序控制流程，如下图3 所示。通过该系统软件流程，可使偏航控制系统实现自动偏航、人工偏航、90°侧风以及自动解缆等多种功能。
数控机床的组成分类及特点 数控机床的组成 ①控制介质 人和数控机床联系的媒介物。控制介质可以是穿孔带，也可以是穿孔卡、磁带、磁盘或其他可以储存代码的载体，有些直接集成在CAD/CAM中。 ②数控装置 数控装置是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。数控装置接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、储存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床动作。在计算机数控机床中，由于计算机本身即含有运算器、控制器等上述单元，因此其数控装置的作用由一台计算机来完成。 ③伺服系统 其作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动，包括信号放大和驱动元件。其性能好坏直接决定加工精度、表面质量和生产率。 ④机床 早期采用通用车床，现在采用了新的加强刚性、减小热
变形、提高精度等方面的技术使其发生了很大的变化。 数控机床的分类 数控机床规格繁多，据不完全统计已有400多个品种规格。可以按照多种原则来进行分类。但归纳起来，常见的是以下面4种方法来分类的。 ①按工艺用途分类 一般数控机床、数控加工中心、多坐标数控机床 ②按运动轨迹分类 点位控制数控机床、点位直线控制数控机床、轮廓控制数控机床 ③按伺服系统的控制方式分类 开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床 ④按数控装置分类 硬件控制数控机床、软件控制数控机床 数控机床的特点 ①采用了高性能的主轴及伺服传动系统，机械结构得到简化，传动链较短； ②为了使连续性自动化加工，机械结构具有较高的动态刚度及耐磨性，热变形小； ③更多的采用高效率、高精度的传动部件，如滚珠丝
2014级高一物理竞赛培训第 讲 相对运动 任何物体的运动都是相对于一定的参照系而言的，相对于不同的参照系，同一物体的运动往往具有不同的特征、不同的运动学量。 通常将相对观察者静止的参照系称为静止参照系；将相对观察者运动的参照系称为运动参照系。物体相对静止参照系的运动称为绝对运动，相应的速度和加速度分别称为绝对速度和绝对加速度；物体相对运动参照系的运动称为相对运动，相应的速度和加速度分别称为相对速度和相对加速度；而运动参照系相对静止参照系的运动称为牵连运动，相应的速度和加速度分别称为牵连速度和牵连加速度。 绝对运动、相对运动、牵连运动的速度关系是：绝对速度等于相对速度和牵 连速度的矢量和。牵连 相对绝对v v v += 这一结论对运动参照系是相对于静止参照系作平动还是转动都成立。 当运动参照系相对静止参照系作平动时，加速度也存在同样的关系： 牵连 相对绝对a a a += 位移合成定理：S A 对地=S A 对B +S B 对地 如果有一辆平板火车正在行驶，速度为 火地 v （脚标“火地”表示火车相对地 面，下同）。有一个大胆的驾驶员驾驶着一辆小汽车在火车上行驶，相对火车的 速度为汽火 v ，那么很明显，汽车相对地面的速度为： 火地 汽火汽地v v v += （注意：汽火 v 和火地 v 不一定在一条直线上）如果汽车中有一只小狗，以相对汽车为狗汽v 的速度在奔跑，那么小狗相对地面的速度就是 火地 汽火狗汽狗地v v v v ++= 从以上二式中可看到，上列相对运动的式子要遵守以下几条原则： ①合速度的前脚标与第一个分速度的前脚标相同。合速度的后脚标和最后一
个分速度的后脚标相同。 ②前面一个分速度的后脚标和相邻的后面一个分速度的前脚标相同。 ③所有分速度都用矢量合成法相加。 ④速度的前后脚标对调，改变符号。 以上求相对速度的式子也同样适用于求相对位移和相对加速度。 相对运动有着非常广泛的应用，许多问题通过它的运用可大为简化，以下举两个例子。 例1 如图2-2-1所示，在同一铅垂面上向图示的两个方向以s m v s m v B A /20/10==、的初速度抛出A 、B 两个质点，问1s 后A 、B 相距多远？ 这道题可以取一个初速度为零，当A 、B 抛出时开 始以加速度g 向下运动的参考系。在这个参考系中，A 、B 二个质点都做匀速直线运动，而且方向互相垂直，它们之间的距离 ()()4.225102 2==+= m t v t v s B A AB m 例2在空间某一点O ，向三维空间的各个方向以相同的速度οv 射出很多个小球，球ts 之后这些小球中离得最远的二个小球之间的距离是多少（假设ts 之内所有小球都未与其它物体碰撞）？ 这道题初看是一个比较复杂的问题，要考虑向各个方向射出的小球的情况。但如果我们取一个在小球射出的同时开始自O 点自由下落的参考系，所有小球就都始终在以O 点为球心的球面上，球的半径是t v 0，那么离得最远的两个小球之间的距离自然就是球的直径2t v 0。 同步练习 1.一辆汽车的正面玻璃一次安装成与水平方向倾斜角为β1=30°，另一次安 装成倾角为β2=15°。问汽车两次速度之比2 1 v v 为多少时，司机都是看见冰雹都 是以竖直方向从车的正面玻璃上弹开？（冰雹相对地面是竖直下落的） 提示：利用速度合成定理，作速度的矢量三角形。答案为：3。 2、模型飞机以相对空气v = 39km/h 的速度绕一个边长2km 的等边三角形飞 图2-2-1
1.4 数控机床的分类 （1.4节 9~14页） 这节重点是学习和掌握通用数控机床的四大分类及特点。 1.41 按工艺用途分类 1、金属切削类数控机床：分别有数控车床、数控铣床、数控磨床、数控镗床以及加工中心。这些机床的动作与运动都是数字化控制，具有较高的生产率和自动化程度，特别是加工中心，它是一种带有自动换刀装置，能进行铣、钻、镗削加工的复合型数控机床。加工中心又分为车削中心、磨削中心等。还实现了在加工中心上增加交换工作台以及采用主轴或工作台进行立、卧转换的五面体加工中心。 2、金属成形类及特种加工类数控机床：它是指金属切削类以外的数控机床。数控弯管机、数控线切割机床、数控电火花成形机床等等都是这一类数控机床。 1.42 按运动方式分类 1、定位控制数控机床：它是指能控制刀具相对于工件的精确定位控制系统,而在相对运动的过程中不能进行任何加工。通过采用分级或连续降速，低速趋近目标点，来减少运动部件的惯性过冲而引起的定位误差。 2、直线运动控制数控机床:它是指控制机床工作台或刀具以要求的进给速度，沿平行于某一坐标轴或两轴的方向进行直线或斜线移动和切削加工的机床。这类数控机床要要求具有准确的定位功能和控制位移的速度，而且也要偶刀具半径和长度的补偿功能以及主轴转速控制的功能。现代组合机床也算是一种直线运动控制数控机床。 3、轮廓控制的数控机床:它是指能实现两轴或两轴以上的联动加工，而且对各坐标的位移和速度进行严格的不间断控制，具有这种控制功能的数控机床。现代数控机床大多数有两坐标或以上联动控制、刀具半径和长度补偿等等功能。按联动轴数也可分两轴联动、两轴半、三轴、四轴、五轴联动等。随着制造技术的发展，多坐标联动控制也越来普遍。 1.43 按控制方式分类 1、开环控制系统：它是指没有位置检测反馈装置的控制方式。特点是结构简单、价格低廉，但难以实现运动部件的快速控制。广泛应用于步进电机低扭矩、高精度、速度中等的小型设备德驱动控制中，特别在微电子生产设备中。
万方数据
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基于PC运动控制器的多轴连续运动轨迹控制 作者：田小静， 陈煜蒙， Tian Xiaojing， Chen Yumeng 作者单位：西安航空职业技术学院,西安,710089 刊名： 价值工程 英文刊名：Value Engineering 年，卷(期)：2012,31(11) 本文读者也读过(10条) 1.李松.肖金壮.王洪瑞基于X—Y平台的平面轨迹控制的研究[期刊论文]-数字技术与应用2012(1) 2.王凤爱.李成营.周杰SurfCAM 2000在四轴数控加工中的应用[期刊论文]-CAD/CAM与制造业信息化2005(2) 3.何小妹.丁洪生.付铁.孙厚芳基于PMAC的BKX-Ⅰ型变轴数控机床数据通讯及数控加工的实现[期刊论文]-组合机床与自动化加工技术2004(9) 4.杨大勇.曹凤国.Yang Dayong.Cao Fengguo电火花成形机高性能柔性化多轴联动数控系统的研究[期刊论文]-电加工与模具 2005(6) 5.尚可超基于PC的五轴联动数控系统的设计[期刊论文]-煤矿机械2001(7) 6.庞长江.陈焕章.徐旋波基于PC数控系统的开发[期刊论文]-机电工程技术2003,32(3) 7.富历新.肖蕾.董春低成本的开放型八轴运动控制器[期刊论文]-制造技术与机床2001(1) 8.谷安.刘正埙电火花成型机数控系统的研究[期刊论文]-南京航空航天大学学报2002,34(4) 9.赵东林.方凯.钱伟.郑晓锋.黄迎华.ZHAO Dong-lin.FANG Kai.QIAN Wei.ZHENG Xiao-feng.HUANG Ying-hua三轴机床数控系统软件的设计与开发[期刊论文]-组合机床与自动化加工技术2006(9) 10.何赛松.徐雷.HE Sai-song.XU Lei PLC与PC机的串行通讯在数控管切割机中的应用[期刊论文]-机械设计与制造2012(1) 本文链接：https://www.doczj.com/doc/fe13629727.html,/Periodical_jzgc201211011.aspx
数控机床的种类 目前数控机床的品种很多，通常按下面几种方法进行分类。 一、按运动方式分类 1、点位控制系统 点位控制系统是指数控系统只控制刀具或机床工作台，从一点淮确地移动到另一点，而点与点之间运动的轨迹不需要严格控制的系统。为了减少移动部件的运动与定位时间，一般先以快速移动到终点附近位置，然后以低速准确移动到终点定位位置，以保证良好的定位精度。移动过程中刀具不进行切削。使用这类控制系统的主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床等。 2、点位直线控制系统 点位直线控制系统是指数控系统不仅控制刀具或工作台从一个点准确地移动到下一个点，而且保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统。刀具移动过程可以进行切削。应用这类控制系统的有数控车床、数控钻床和数控铣床等。 3、轮廓控制系统 轮廓控制系统也称连续切削控制系统，是指数控系统能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行严格连续控制的系统。它不仅能控制移动部件从一个点淮确地移动到另一个点，而且还能控制整个加工过程每一点的速度与位移量，将零件加工成一定的轮廓形状。应用这类控制系统的有数控铣床、数控车床、数控齿轮加工机床和加工中心等。 二、按控制方式分类 1、开环控制数控机床 开环控制系统的特征是系统中没有检测反馈装置，指令信息单方向传送，并且指令发出后，不再反馈回来，故称开环控制。 受步进电动机的步距精度和工作频率以及传动机构的传动精度影响，开环系统的速度和精度都较低。但由于开环控制结构简单，调试方便，容易维修，成本较低，仍被广泛应用于经济型数控机床上。 2、半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床不是直接检测工作台的位移量，而是采用转角位移检测元件，测出伺服电动机或丝杠的转角，推算出工作台的实际位移量，反馈到计算机中进行位置比较，用比较的差值进行控制。由于反馈环内没有包含工作台，故称半闭环控制。 半闭环控制精度较闭环控制差，但稳定性好，成本较低，调试维修也较容易，兼顾了开环控制和闭环控制两者的特点，因此应用比较普通。 3、闭环控制数控机床 闭环控制系统的特点是，利用安装在工作台上的检测元件将工作台实际位移量反馈到计算机中，与所要求的位置指令进行比较，用比较的差值进行控制，直到差值消除为止。可见，闭环控制系统可以消除机械传动部件的各种误差和工件加工过程中产生的干扰的影响，从而使加工精度大大提高。速度检测元件的作用是将伺服电动机的实际转速变换成电信号送到速度控制电路中，进行反馈校正，保证电动机转速保持恒定不变。常用速度检测元件是测速电动机。 闭环控制的特点是加工精度高，移动速度快。这类数控机床采用直流伺服电动机或交流伺服电动机作为驱动元件，电动机的控制电路比较复杂，检测元件价格昂贵。因而调试和维修比较复杂，成本高。 三、按工艺用途分类 按工艺用途分类，数控机床可分为数控钻床、车床、铣床、镗床、磨床和齿轮加
机器人控制系统 一、工业机器人控制系统应具有的特点 工业机器人控制系统的主要任务是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等项。其中有些项目的控制是非常复杂的，这就决定了工业机器人的控制系统应具有以下特点： （1）工业机器人的控制与其机构运动学和动力学有着密不可分的关系，因而要使工业机器人的臂、腕及末端执行器等部位在空间具有准确无误的位姿，就必须在不同的坐标系中描述它们，并且随着基准坐标系的不同而要做适当的坐标变换，同时要经常求解运动学和动力学问题。 （2）描述工业机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着工业机器人的运动及环境而改变。又因为工业机器人往往具有多个自由度，所以引起其运动变化的变量不止个，而且各个变量之间般都存在耦合问题。这就使得工业机器人的控制系统不仅是一个非线性系统，而且是一个多变量系统。 （3）对工业机器人的任一位姿都可以通过不同的方式和路径达到，因而工业机器人的控制系统还必须解决优化的问题。 二、对机器人控制系统的一般要求 机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下： ?记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。 ?示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。 ?与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。?坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 ?人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。 ?传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。 ?位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。?故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障
关于数控机床分类的一些认识 导读：随着时代的发展，数控这一行业被越来越多的人们所认识跟了解。但是很多使用人员与购买者并不是特别清楚数控机床的具体类别以及各自的特点。下面华亚数控将为大家细心的解读数控机床的分类，以及特点，让更多人认识以及了解数控机床。 1、按机床运动的控制轨迹分类 ⑴?点位控制的数控机床 点位控制只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位，对于点与点之间的运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了实现既快又精确的定位，两点间位移的移动一般先快速移动，然后慢速趋近定位点，以保证定位精度，如下图?所示，为点位控制的运动轨迹。 具有点位控制功能的机床主要有数控钻床、数控铣床、数控冲床等。随着数控技术的发展和数控系统价格的降低，单纯用于点位控制的数控系统已不多见。? ⑵?直线控制数控机床 直线控制数控机床也称为平行控制数控机床，其特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和路线（轨迹），但其运动路线只是与机床坐标轴平行移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个（即数控系统内不必有插补运算功能），在移位的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削，一般只能加工矩形、台阶形零件。 其有直线控制功能的机床主要有比较简单的数控车床、数控铣床、数控磨床等。这种机床的数控系统也称为直线控制数控系统。同样，单纯用于直线控制的数控机床也不多见。 ⑶?轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其控制特点是能够对两个或两个以上的运动坐标的位移和速度同时进行控制。 为了满足刀具沿工件轮廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求，必须将各坐标运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来。