[发明专利]基于Maya软件的机构运动轨迹规划方法

说明书

本发明实施例公开了提出了一种基于Maya软件的机构运动轨迹规划方法，包括建模步骤、目标函数构建步骤、计算步骤及规划步骤。本发明实施例通过在规划机构运动轨迹时，采用线性运动与五次多项式插值运动交替混合的方式，实现了在两种运动方式过渡时速度与加速度的连续性，并且实现了在整个运动过程中加速度变化的连续性，避免机构运动过程中产生抖动，具有运行平稳，用户体验佳的技术效果。

技术领域

本发明涉及运动轨迹规划领域，尤其涉及一种基于Maya软件的机构运动轨迹规划方法。

背景技术

机械机构如游乐场的游乐设施往往既有平移又有旋转运动，为顺利达到目标位置，机构在运动过程中需要沿预定的轨道避开障碍物运动，因而通常需要预先对机构的运动轨迹进行规划。请参照图1，按照现有的运动轨迹规划方法，机构的加速度的变化在某些地方存在不连续的情况，导致机构按照规划的轨迹运动时，某些位置产生抖动，影响运动效果和客户体验。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于Maya软件的机构运动轨迹规划方法，以使机构按照规划的运动轨迹运动时无抖动，具有运行平稳，用户体验佳的技术效果。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种基于Maya软件的机构运动轨迹规划方法，包括以下步骤：

建模步骤：在Maya软件中，建立机构及其运动环境的三维模型，通过关键帧动画设置关键帧，生成机构的运动曲线；

目标函数构建步骤：采用一次多项式和五次多项式交替混合的方式对运动曲线进行参数化描述以构建目标函数，并以建模步骤中的关键帧作为输入，插值得到机构在每一帧的运动数据；

计算步骤：对目标函数求一阶导数、二阶导数，以分别得到机构在每一帧的速度、加速度；及

规划步骤：根据预设的速度及加速度限制，判断计算步骤得到的速度及加速度是否超过限制，若均未超过，目标函数构建步骤得到运动数据即作为机构的目标运动曲线数据，否则，增加超过部分所对应关键帧的时间，再重复目标函数构建步骤、计算步骤及规划步骤，直到得到不超限的速度及加速度。

进一步地，关键帧由时间t_k,k＝1,…,n及其对应的帧值x_k,k＝1,…,n来确定，其中，x为角位移或线位移。

进一步地，运动曲线中相邻两个关键帧构成运动段，对于运动段k中的线性运动段构造第一目标函数f(x)＝x_k，k＝1,…,n，按照所述运动段k的运动距离与时间，即相邻两关键帧的帧值之差x_k+1-x_k,k＝1,…n-1及对应的时间差t_k+1-t_k,k＝1,…n-1，计算得到平均速度，并将其作为该运动段线性运动的速度

进一步地，对相邻两个运动段即运动段k和运动段k+1中的线性运动段的衔接过渡段，按照设定的加速时间t_acc，构造第二目标函数其中的待定系数A、B、C、D、E及F由起始位置起始速度起始加速度0，终止位置终止速度终止加速度0来计算确定，其中，t表示时间。

进一步地，计算步骤与规划步骤之间，或者规划步骤之后还包括：

检验步骤：对计算步骤得到的加速度求导，得到机构在每一帧的角加加速度，并生成横轴为时间，纵轴为角加加速度的角加加速度变化图，若图中不存在角加加速度正负值的突变，则运动轨迹规划成功。

进一步地，所述机构为组成车体的旋转座、第一旋转臂、第二旋转臂及座椅中的一种或多种，其中，旋转座旋转地安装于基座上，基座底部设有运行于轨道上的轮子，旋转座、第一旋转臂、第二旋转臂及座椅依次活动连接。

进一步地，第一旋转臂的速度范围为-16m/s～16m/s，加速度范围为-45m/s^2～45m/s^2。