多轴协调运动的控制方法

1.三轴协调控制

协调运动控制，除了二维的运动控制外，理论上讲也可进行多维控制。如三维控制要控制3个坐标协调运动，其运动轨迹为空间曲线或形成曲面。当今数控机床可实现5坐标联动控制。

（1）曲线轨迹

最简单的算法是目标追踪。上述螺旋线轨迹为平面曲线，如再增加一个垂直坐标Z，用的参变量也是θ，如Z与θ的关系为

Z=kz∗θ

则将可实现对立体螺旋线的轨迹运动。

还是一句话，只要能列写参变量表达式，什么轨迹的运动控制，均可实现。再就是用数表法用于多轴控制也很方便。

（2）曲面形成

常用的形成是用“行切法”。办法是，把曲面与平行于坐标面的平面（如平行于XY坐标面的平面）相截。选取不同Z值，将生成不同的平面曲线。如能弄清这些平面曲线的解析式子，则可用目标追踪控制在这个平面上的X、Y运动，以形成所要求的轨迹。如Z值能在其定义域内依次全部选取，则这些轨迹的叠加，即可形成所要求的曲面。

当然，这里的程序设计是困难的。而且控制速度与控制规模的矛盾将更加突出。所以，较高性能的运动控制还是使用专用的硬件模块为好。(www.xing528.com)

2.虚拟轴运动控制

1965年，Stewart提出著名的用于安装天文望远镜的Stewart平台机构。并联机床（Parallel Machine Tool，简称PMT），也被称为虚（拟）轴机床（Virtual Axis Machine Tool），也就是基于Stewart并联机构的研究而发展起来的。在1994年美国芝加哥机床展上，它首次面世。

图3-59a所示为一种这样机床的内部结构。在这里的多菱体桁架的5个面上，安装有滚珠丝杆的支点——万向铰链，5根丝杠的另一端通过铰链与主轴部件的5个可转动同心外环连接。改变2个支点间的距离，即可使主轴部件处于不同工作位置。5杆并联机构驱动的主轴部分如图3-59b所示。

图3-59 并联机床结构及主轴部件

这种新型机床结构合理、运动部件磨损小；具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度以及重量轻、机械结构简单、制造成本低、标准化程度高等优点；还适合于模块化生产；对于不同的机器加工范围，只需改变连杆长度和触点位置；维护也容易，无须进行机件的再制和调整，只需改变机构的参数。

此外，还有由并联、串联同时组成的混联式数控机床，不但具有并联机床的优点，而且在使用上更具实用价值。类似的，也还有并联工作的机械手。也是通过虚拟轴的伸缩达到控制运动轨迹或目标位置的目的。

由于此类机床或机械手没有实体坐标系，其设计与运行要用到复杂的数学计算与推理，即所谓要“用数学制造机床”。所以，它的坐标系与工件坐标系的转换都是靠软件完成，其控制也是用计算机实现。相信随着这种机床与机械手应用的普及，以及PLC运动控制技术的进步，利用PLC对其实施控制也将是可能的。因此，对此先做些了解也是必要的。