[發明專利]基于Maya軟件的機構運動軌跡規劃方法

有效

• 申請號: 201610006201.1
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105549422B
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 李明;戎志剛;劉道強;高敬義
• 申請（專利權）人: 深圳華強智能技術有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 深圳市深軟翰琪知識產權代理有限公司 44380
• 代理人: 吳雅麗

本發明實施例公開了提出了一種基于Maya軟件的機構運動軌跡規劃方法，包括建模步驟、目標函數構建步驟、計算步驟及規劃步驟。本發明實施例通過在規劃機構運動軌跡時，采用線性運動與五次多項式插值運動交替混合的方式，實現了在兩種運動方式過渡時速度與加速度的連續性，并且實現了在整個運動過程中加速度變化的連續性，避免機構運動過程中產生抖動，具有運行平穩，用戶體驗佳的技術效果。

技術領域

本發明涉及運動軌跡規劃領域，尤其涉及一種基于Maya軟件的機構運動軌跡規劃方法。

背景技術

機械機構如游樂場的游樂設施往往既有平移又有旋轉運動，為順利達到目標位置，機構在運動過程中需要沿預定的軌道避開障礙物運動，因而通常需要預先對機構的運動軌跡進行規劃。請參照圖1，按照現有的運動軌跡規劃方法，機構的加速度的變化在某些地方存在不連續的情況，導致機構按照規劃的軌跡運動時，某些位置產生抖動，影響運動效果和客戶體驗。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種基于Maya軟件的機構運動軌跡規劃方法，以使機構按照規劃的運動軌跡運動時無抖動，具有運行平穩，用戶體驗佳的技術效果。

為了解決上述技術問題，本發明實施例提出了一種基于Maya軟件的機構運動軌跡規劃方法，包括以下步驟：

建模步驟：在Maya軟件中，建立機構及其運動環境的三維模型，通過關鍵幀動畫設置關鍵幀，生成機構的運動曲線；

目標函數構建步驟：采用一次多項式和五次多項式交替混合的方式對運動曲線進行參數化描述以構建目標函數，并以建模步驟中的關鍵幀作為輸入，插值得到機構在每一幀的運動數據；

計算步驟：對目標函數求一階導數、二階導數，以分別得到機構在每一幀的速度、加速度；及

規劃步驟：根據預設的速度及加速度限制，判斷計算步驟得到的速度及加速度是否超過限制，若均未超過，目標函數構建步驟得到運動數據即作為機構的目標運動曲線數據，否則，增加超過部分所對應關鍵幀的時間，再重復目標函數構建步驟、計算步驟及規劃步驟，直到得到不超限的速度及加速度。

進一步地，關鍵幀由時間t_k,k＝1,…,n及其對應的幀值x_k,k＝1,…,n來確定，其中，x為角位移或線位移。

進一步地，運動曲線中相鄰兩個關鍵幀構成運動段，對于運動段k中的線性運動段構造第一目標函數f(x)＝x_k，k＝1,…,n，按照所述運動段k的運動距離與時間，即相鄰兩關鍵幀的幀值之差x_k+1-x_k,k＝1,…n-1及對應的時間差t_k+1-t_k,k＝1,…n-1，計算得到平均速度，并將其作為該運動段線性運動的速度

進一步地，對相鄰兩個運動段即運動段k和運動段k+1中的線性運動段的銜接過渡段，按照設定的加速時間t_acc，構造第二目標函數其中的待定系數A、B、C、D、E及F由起始位置起始速度起始加速度0，終止位置終止速度終止加速度0來計算確定，其中，t表示時間。

進一步地，計算步驟與規劃步驟之間，或者規劃步驟之后還包括：

檢驗步驟：對計算步驟得到的加速度求導，得到機構在每一幀的角加加速度，并生成橫軸為時間，縱軸為角加加速度的角加加速度變化圖，若圖中不存在角加加速度正負值的突變，則運動軌跡規劃成功。

進一步地，所述機構為組成車體的旋轉座、第一旋轉臂、第二旋轉臂及座椅中的一種或多種，其中，旋轉座旋轉地安裝于基座上，基座底部設有運行于軌道上的輪子，旋轉座、第一旋轉臂、第二旋轉臂及座椅依次活動連接。

進一步地，第一旋轉臂的速度范圍為-16m/s～16m/s，加速度范圍為-45m/s^2～45m/s^2。