[发明专利]运动目标曲线控制数据构造方法

说明书

本发明公开了运动目标曲线控制PVT数据构造方法，包括步骤：目标运动数据采样；获取需要模拟的目标运动曲线位置‑时间点数值离散描述；设置运动开始结束处引导段；样条插值，计算得到匹配的位置‑速度数据点对数组，结合对应的时刻分布数组，构成用于运动控制的PVT数据；重建复杂曲线运动轨迹，并控制目标按规划轨迹运动。本发明极大地提高了实时位置跟踪精度，能够实现任意形态运动曲线的精确模拟；保证模拟运动装置顺利从静止过渡到目标运动状态；同时增加运动曲线的运动学参数信息，提高目标运动跟踪的稳定性。

技术领域

本发明涉及运动控制技术领域，尤其涉及运动目标曲线控制数据构造方法。

背景技术

现实世界中，运动是随时间变化在空间上连续分布的，但在数字计算机上，只能通过一串随时间分布的离散点来进行描述，离散点之间的间隔可以等距也可以不等距，获得这些随时间分布的离散点的过程称为采样，等距或不等距的间隔对应于均匀或非均匀采样。实际应用过程中，为了分析的方便，往往采用均匀采样，每秒采样的次数称为采样率。

获得目标运动曲线的方式有两种：一种是可用数学表达式描述的简单周期曲线，通过表达式计算采样获得随时间分布的离散位置点；另一种是实际人体体表生理微动对应的曲线，通过传感器采集并量化采样成对应的离散点。依据采样定理，只要保证传感器采样率大于微动曲线周期的2倍以上，所获得的数据就能有效保留实际运动中的周期信息，实际上，为兼顾曲线运动位置的准确描述，采样率往往超过运动周期的10倍以上。

获取随时间分布的离散位置点后，实现曲线运动模拟的最直接方式是：控制运动机构以步进的形式在对应的时刻运动到对应的位置，从而完成整个运动过程。但这种方式存在一个明显问题，步进往往只能保证各步间运动位置的连续，而速度、加速度等物理量均不连续，这种持续高频的快速加减速一方面增加了运动机构的磨损，另一方面因负载惯性产生的抖动将会大大增加位置跟踪的误差。

分段插值在每个PVT点对内部区间使用同一组系数来还原区间内的PV值，但不同区间之间则对应不同的系数组，这就导致若提供的PV数据不匹配，插值后只能得到连续的位置和速度，而加速度、加加速度的连续性却无法保证，进而导致在实际运行过程中因加速度值的突变所带来的抖动会严重影响控制效果。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供运动目标曲线控制数据构造方法，包括步骤：

目标运动数据采样；

获取需要模拟的目标运动曲线位置-时间点数值离散描述；

设置运动开始结束处引导段；

对设置了开始结束引导段的完整位置分布数组进行样条插值，然后再利用插值获得的参数计算得到匹配的位置-速度数据点对数组，结合对应的时刻分布数组，构成用于运动控制的数据；

依据采样点分布使用插值重建曲线运动轨迹，送入模拟器并控制目标按曲线运动轨迹运动。

具体的，所述设置运动开始结束处引导段具体包括：

设置引导段的时间跨度；

用数学解析表达式描述目标运动曲线：

其中，A_R为曲线中呼吸成分的幅值；F_R为曲线中周期重复频率；为曲线中初始相位，A_H为曲线中心跳成分的幅值、F_H为曲线中心跳成分的周期重复频率；为曲线中心跳成分的初始相位；

微分即可获得对应的速度解析表达式：