[发明专利]用于摄像机器人的运动轨迹设计方法

权利要求书

1.用于摄像机器人的运动轨迹设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：建立机器人客户端，在机器人客户端进行收发数据模块的初始化和参数配置，基于XML的数据格式实现数据的实时通讯；

S2：建立PC服务器端，基于UDP通讯，以机器人发送数据相同的时间周期接收机器人数据并发送反馈数据；

S3：设定控制点，根据实际拍摄镜头的要求，控制机器人运动到对应的空间位置，将机器人各轴的数据记录到本地缓存区间；

S4：基于三次样条曲线对控制点数据进行插值采样计算；

S5：将步骤S4采样完的数据进行打包，按照预先设置的数据格式，基于UDP通讯按照通讯周期发送给机器人客户端。

2.根据权利要求1所述的用于摄像机器人的运动轨迹设计方法，其特征在于：所述步骤S1中，机器人客户端在预先设置好的通讯周期内，不间断地发送当前位置的机器人各个轴的角度数据、机器人系统时间数据和延迟数据包的数量。

3.根据权利要求1所述的用于摄像机器人的运动轨迹设计方法，其特征在于：所述步骤S2中，PC服务器端还增加了数据异常处理程序模块，所述数据异常处理程序模块根据预先配置的XML数据中的标志节点按顺序提取完整的数据包：如果出现数据不完整的情况，在通讯周期允许的时间内再次接收机器人的数据包，拼接数据包；如果超出通讯周期允许的时间，则不完整数据暂时存放在缓冲区，等待下一个通讯周期，并重新对数据进行查找和提取。

4.根据权利要求1所述的用于摄像机器人的运动轨迹设计方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下步骤：

S4.1：定义控制点集合为{P0,P1,P2,……,Pn}，Pi为第i个控制点；

S4.2：定义曲线方程组：

P ( t ) = c 0 + c 1 t + c 2 t 2 + c 3 t 3 = Σ k = 0 3 c k t k - - - ( 1 ) ]]>

c0、c1、c2和c3均为曲线参数，t为采样点，归一化处理后取值范围为0～1；

S4.3：依照不同区间段曲线连接处平滑和切线平滑的原则构建方程组初始条件：

P ( 0 ) = P i P ( 1 ) = P i + 1 P ′ ( 0 ) = τ ( P i + 1 - P i - 1 ) P ′ ( 1 ) = τ ( P i + 2 - P i ) - - - ( 2 ) ]]>

其中，τ为曲线平滑因子；

S4.4：将式(2)带入式(1)进行求解，得到式(3)：

c 0 = P i c 0 + c 1 + c 2 + c 3 = P i + 1 c 1 = τ ( P i + 1 - P i - 1 ) c 1 + 2 c 2 + 3 c 3 = τ ( P i + 2 - P i ) - - - ( 3 ) ]]>

S4.5：简化式(3)中的方程组：

c 2 + c 3 = ( P i + 1 - P i ) - τ ( P i + 1 - P i - 1 ) 2 c 2 + 3 c 3 = τ ( P i + 2 - P i ) - τ ( P i + 1 - P i - 1 ) - - - ( 4 ) ]]>

S4.6：构建矩阵表达式的各系数：

c 0 = p i c 1 = ( - τ ) P i - 1 + ( τ ) P i + 1 c 2 = ( 2 τ ) P i - 1 + ( τ - 3 ) P i + ( 3 - 2 τ ) P i + 1 + ( - τ ) P i + 2 c 3 = ( - τ ) P i - 1 + ( 2 - τ ) P i + ( τ - 2 ) P i + 1 + ( τ ) P i + 2 - - - ( 5 ) ]]>

S4.7：整个曲线方程的矩阵表达式为：

P ( t ) = 1 t t 2 t 3 0 1 0 0 - τ 0 τ 0 2 τ τ - 3 3 - 2 τ - τ - τ 2 - τ τ - 2 τ P i - 1 P i P i + 1 P i + 2 - - - ( 6 ) ]]>

S4.8：重复步骤S4.2到S4.7，计算完整的轨迹曲线；

S4.9：根据通讯时间周期对步骤S4.8得到的轨迹曲线进行采样。

5.根据权利要求4所述的用于摄像机器人的运动轨迹设计方法，其特征在于：所述步骤S4.3中，τ的取值范围为0.2-0.5。