[发明专利]面向复杂多轴系统的B样条曲线计算加速方法

说明书

本发明涉及面向复杂多轴系统的B样条曲线计算加速方法，包括以下步骤：利用设定的关键点规划B样条曲线路径；基于B样条曲线路径进行速度规划，得到每个控制周期在样条曲线路径上的期望长度；在独立的内核中利用数值积分方法求解B样条曲线路径参数关于曲线长度的关系；利用B样条曲线的参数方程，根据得到的B样条曲线路径参数,确定规划的空间位置点；将空间位置点发给执行机构，驱动设备移动。本发明将高阶B样条速度规划阶段耗时部分采用分核并行处理策略，将耗时部分计算过程从主控制周期中取出，使该计算过程与控制周期并行运算，在计算量一定的情况下允许更小的控制周期，因此有利于将高阶B样条规划应用于高精密运动控制机构中。

技术领域

本发明属于高阶B样条规划计算加速技术领域，涉及规划算法的计算加速，尤其涉及一种针对路径长度正向与反向拟合的计算加速度方法。

背景技术

B样条曲线主要在计算机辅助设计领域受到广泛关注，在运动控制方面采用高阶B样条曲线能够保证曲线的拟合精度，并且曲线具有较好的平滑性。从而能够保证运动的平滑稳定。样条曲线参数关于曲线长度的是一个非线性函数，无法求解准确的表达式来描述其关系。目前主要采用数值积分法，来获取曲线参数与曲线长度的关系。为了实现B样条曲线上的在线速度规划，需要在每个控制周期内求解数值积分，来获取曲线参数与曲线长度的关系。

当控制周期较短时，这就对数值积分计算效率提出了较高的要求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种基于分核处理加速策略。一部分内核用于高阶B样条曲线的运动规划与伺服控制，额外的一个内核进行并行加速计算。该并行架构策略能够提高计算效率，进而压缩控制周期，实现高精密的运动控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：面向复杂多轴系统的B样条曲线计算加速方法，包括以下步骤：

利用设定的关键点规划B样条曲线路径；

基于B样条曲线路径进行速度规划，得到每个控制周期在样条曲线路径上的期望长度；

在独立的内核中利用数值积分方法求解B样条曲线路径参数关于曲线长度的关系；

利用B样条曲线的参数方程，根据得到的B样条曲线路径参数,确定规划的空间位置点；

将空间位置点发给执行机构，驱动设备移动。

所述利用设定的关键点规划样条曲线路径具体如下：

根据设定的关键点得到控制点，再利用控制点确定样条曲线C(u)。

其中，P_i为第i个控制点，n为控制点个数，N_i,p(u)为定义在非周期并且非均匀节点矢量U上的p次B样条基函数；U包含m+1个节点；a、b分别为u的下限和上限；

U＝{a,…,a,u_p+1,…u_m-p-1,b,…b}。

所述基于样条曲线路径进行速度规划，得到每个控制周期在样条曲线路径上的期望长度，包括以下处理过程：

在样条曲线路径上的运动速度满足S型速度，根据给定的最大速度、最大加速度、最大加加速度、起始及终止的速度和加速度，规划在样条曲线路径上的运动速度，进而积分得到每个控制周期在样条曲线路径上的期望长度。

所述利用数值积分方法求解样条曲线路径参数对于曲线长度的关系，包括以下步骤：

数值积分法表达式如下：