CN112405538B - 一种机器人轴空间平滑轨迹规划方法及规划装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人轴空间平滑轨迹规划方法及规划装置,机器人轴空间平滑轨迹规划方法包括获取原前段路径和原后段路径,并根据原前段路径获取原前段路径函数J1(s);根据原后段路径获取原后段路径函数J2(s);根据原前段路径函数J1(s)获取前段路径;根据原后段路径函数J2(s)获取后段路径;根据前段函数和后段函数获取过渡路径函数J(s)。根据过渡路径函数J(s)获取机器人的过渡路径。本发明提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法中通过设置前段函数和后段函数的方式,获取过渡路径函数J(s),由于前段函数和后段函数是唯一确定的,因此机器人在过渡路径中各轴之间的关系一一对应,避免出现在不同速度下走出不同路径的情况。
Description
技术领域
本发明涉及机器人轴空间轨迹规划技术领域,更具体地说,涉及一种机器人轴空间平滑轨迹规划方法。此外,本发明还涉及一种用于实施上述机器人轴空间平滑轨迹规划方法的规划装置。
背景技术
机器人运动控制的过程中,其轨迹的规划方式包括笛卡尔坐标系和轴坐标系,在运动过程中,初速度和末速度均为零,但是在多段连续运动的过程中如果每段速度都降为零,会影响工作效率,频繁的加减速对电机和减速器的寿命也会造成影响。
现有技术中一般会通过矢量叠加法或者是三次Bezier曲线转接的方式使连续的两段运动平滑转接,速度不用降为零。由于连续的轨迹不相切时会存在尖角,速度不为零时通过尖角会产生振动。所以在前段轨迹的末端和后段轨迹的初段脱离原规划轨迹,在前段轨迹的末端有拐出点,后段轨迹的初段有拐入点,分别是平滑轨迹的始末点。
矢量叠加法通过速度矢量叠加的方式形成平滑轨迹,与速度相关,在机器人应用中,会以不同的速度走同一套示教点,矢量叠加法会出现在不同速度时走出不同轨迹的情况,有撞击的风险。
Beizer曲线的在各轴间的同步规划通过时间同步,虽然单个轴的路径不会发生变化,但各个轴之间的同步性依然存在变化的可能性,这样在外观上,机器人依然有可能在不同速度下走出不同轨迹。
综上所述,如何避免在过渡轨迹中各轴之间关系不一一对应的问题,是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种机器人轴空间平滑轨迹规划方法,通过设置中间路径函数:前段函数和后段函数由于前段函数和后段函数均为唯一确定的函数,因此根据前段函数和后段函数可以求得唯一确定的过渡路径函数J(s),并根据过渡路径函数J(s)获取机器人由原前段路径移动至原后段路径的唯一确定的过渡路径,使机器人由原前段路径移动至原后段路径的过程中各轴之间的关系也一一对应。
本发明的另一目的是提供一种用于实施上述机器人轴空间平滑轨迹规划方法的规划装置。
为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种机器人轴空间平滑轨迹规划方法,应用于机器人的移动控制,所述机器人为多轴机器人,包括:
步骤S1,获取原前段路径和原后段路径,并根据所述原前段路径获取原前段路径函数J1(s),所述原前段路径为所述机器人当前的移动路径,所述原前段路径函数J1(s)为原前段路径的表达函数;
根据所述原后段路径获取原后段路径函数J2(s),所述原后段路径为所述机器人将要进入的移动路径,所述原后段路径函数J2(s)为原后段路径的表达函数;
步骤S4,根据所述过渡路径函数J(s)获取所述机器人由所述原前段路径移动至所述原后段路径的过渡路径。
优选的,步骤S2包括:
步骤S21,获取所述原前段路径函数J1(s)和所述原后段路径函数J2(s)之间的过渡尺寸;
步骤S22,根据所述过渡尺寸绘制过渡圆;
优选的,所述步骤S22包括:
步骤S221,根据所述过渡尺寸确定所述过渡圆与所述原前段路径函数J1(s)和所述原后段路径函数J2(s)的交点;
步骤S222,获取所述过渡圆的圆心,并绘制所述过渡圆。
优选的,所述步骤S23包括:
步骤S32,根据所述原前段路径函数J1(s)与所述前段函数在所述过渡圆与所述原前段路径函数J1(s)的交点处的连续性及导函数连续性,以及所述原后段路径函数J2(s)与所述后段函数在所述过渡圆与所述原后段路径函数J2(s)的交点处的连续性及导函数连续性,计算p(s)。
优选的,所述步骤S32包括:
优选的,所述步骤S321之后,包括:
优选的,所述步骤S322之后,包括:
定义所述p(s)为p(s)=a+bs+cs2+ds3+es4+fs5;
根据p(0)=0,p′(0)=0,p″(0)=0和p(1)=1,p′(1)=0,p″(1)=0计算得到a=0,b=0,c=0,d=10,e=-15,f=6;p(s)=10s3-15s4+6s5。
一种规划装置,用于实施上述任一项所述的机器人轴空间平滑轨迹规划方法,包括:
原路径获取模块,用于获取原前段路径和原后段路径,并根据所述原前段路径获取原前段路径函数J1(s),根据所述原后段路径获取原后段路径函数J2(s),并将所述原前段路径函数J1(s)和所述原后段路径函数J2(s)发送至中间路径获取模块;
所述中间路径获取模块,用于根据所述原前段路径函数J1(s)获取与所述原前段路径函数J1(s)相交且符合平滑度要求的前段路径,根据所述原后段路径函数J2(s)获取与所述原后段路径函数J2(s)相交且符合平滑度要求的后段路径;且所述前段路径的表达函数为前段函数所述后段路径的表达函数为后段函数并将所述前段函数和所述后段函数发送至过渡路径获取模块;
所述路径拟合模块,用于根据接收到的所述过渡路径函数J(s)获取所述机器人由所述原前段路径移动至所述原后段路径的过渡路径;
所述原路径获取模块的输出端与所述中间路径获取模块的输入端连接,所述中间路径获取模块的输出端与所述过渡路径获取模块的输入端连接,所述过渡路径获取模块的输出端与所述路径拟合模块的输入端连接。
优选的,所述中间路径获取模块包括:
数据尺寸获取单元,用于获取所述原前段路径函数J1(s)和所述原后段路径函数J2(s)之间的过渡尺寸,并将所述过渡尺寸发送至绘制单元;
所述绘制单元,用于根据接收到的所述过渡尺寸绘制过渡圆,并将所述过渡圆的数据发送至数据处理单元;
所述数据尺寸获取单元的输出端与所述绘制单元的输入端连接,所述绘制单元的输出端与所述数据处理单元的输入端连接。
在使用本发明所提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法的过程中,首先需要获取原前段路径和原后段路径,并根据原前段路径获取原前段路径函数J1(s),原前段路径为机器人当前的移动路径,原前段路径函数J1(s)为原前段路径的表达函数;根据原后段路径获取原后段路径函数J2(s),原后段路径为机器人将要进入的移动路径,原后段路径函数J2(s)为原后段路径的表达函数;然后根据原前段路径函数J1(s)获取与原前段路径函数J1(s)相交且符合平滑度要求的前段路径,定义前段路径的表达函数为前段函数根据原后段路径函数J2(s)获取与原后段路径函数J2(s)相交且符合平滑度要求的后段路径,定义后段路径的表达函数为后段函数根据前段函数和后段函数获取过渡路径函数J(s);最后根据过渡路径函数J(s)获取机器人由原前段路径移动至原后段路径的过渡路径。
相比于现有技术,本发明提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法中通过设置前段函数和后段函数的方式,获取过渡路径函数J(s),由于前段函数与原前段路径函数J1(s)相交并且符合平滑度要求,因此确定之后的前段函数是唯一的,不随速度的变化而变化;由于后段函数与原后段路径函数J2(s)相交并且符合平滑度要求,因此确定之后的后段函数是唯一的,不随速度的变化而变化,因此根据前段函数和后段函数所确定的过渡路径函数J(s)也是唯一的,机器人在过渡路径中移动时各轴之间的关系一一对应,避免出现在不同速度下走出不同路径的情况。
此外,本发明还公开了一种用于实施上述机器人轴空间平滑轨迹规划方法的规划装置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法的构造示意图;
图2为本发明所提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法的流程示意图。
图1-2中:
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种机器人轴空间平滑轨迹规划方法,通过设置前段函数和后段函数的方式,获取过渡路径函数J(s),并且前段函数和后段函数是唯一确定且不随速度变化而改变的,使过渡路径函数J(s)唯一确定,机器人在过渡路径中移动时各轴之间的关系一一对应,避免出现在不同速度下走出不同路径的情况。本发明的另一核心是提供一种用于实施上述机器人轴空间平滑轨迹规划方法的规划装置。
请参考图1-2,图1为本发明所提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法的构造示意图;图2为本发明所提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法的流程示意图。
本申请文件提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法,应用于机器人的移动控制,机器人为多轴机器人,机器人在移动控制的过程中,当需要由原前段路径移动至原后段路径的过程中,需要经过一段过渡路径,此段过渡路径的获取方式为本申请文件将着重解决的问题。
本具体实施例提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法,包括:
步骤S1,获取原前段路径和原后段路径,并根据原前段路径获取原前段路径函数J1(s),原前段路径为机器人当前的移动路径,原前段路径函数J1(s)为原前段路径的表达函数;
根据原后段路径获取原后段路径函数J2(s),原后段路径为机器人将要进入的移动路径,原后段路径函数J2(s)为原后段路径的表达函数。
需要进行说明的是,原前段路径函数J1(s)和原后段路径函数J2(s)为两段已知的路径轨迹的表达函数,在两段轨迹的衔接处,需要设置一段过渡路径,避免机器人在运动的过程中,频繁的减速和加速。
步骤S4,根据过渡路径函数J(s)获取机器人由原前段路径移动至原后段路径的过渡路径。
上述步骤S4中,在获得过渡路径函数J(s)之后,可以根据过渡路径函数J(s)获取过渡路径,具体过渡路径的获取过程可以通过取点拟合的方式得到,也可以通过绘制过渡路径函数J(s)曲线的方式获得,具体根据实际情况确定。
在使用本具体实施例所提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法的过程中,首先需要获取原前段路径和原后段路径,原前段路径为机器人一开始所行走的路径,原后段路径为机器人由原前段路径移动出来之后需要进入的路径;并根据原前段路径获取原前段路径函数J1(s),原前段路径函数J1(s)为原前段路径的表达函数;根据原后段路径获取原后段路径函数J2(s),原后段路径函数J2(s)为原后段路径的表达函数;然后根据原前段路径函数J1(s)获取与原前段路径函数J1(s)相交且符合平滑度要求的前段路径,定义前段路径的表达函数为前段函数根据原后段路径函数J2(s)获取与原后段路径函数J2(s)相交且符合平滑度要求的后段路径,定义后段路径的表达函数为后段函数根据前段函数和后段函数获取过渡路径函数J(s);最后根据过渡路径函数J(s)获取机器人由原前段路径移动至原后段路径的过渡路径。
相比于现有技术,本具体实施例提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法中通过设置前段函数和后段函数的方式,获取过渡路径函数J(s),由于前段函数与原前段路径函数相交并且符合平滑度要求,因此确定之后的前段函数是唯一的,不随速度的变化而变化;后段函数与原后段路径函数相交并且符合平滑度要求,因此确定之后的后段函数是唯一的,不随速度的变化而变化。因此根据前段函数和后段函数所确定的过渡路径函数J(s)也是唯一的,机器人在过渡路径中移动时各轴之间的关系一一对应,避免出现在不同速度下走出不同路径的情况。
上述步骤S2包括:
步骤S21,获取原前段路径函数J1(s)和原后段路径函数J2(s)之间的过渡尺寸;
需要进行说明的是,本具体实施例中提到的过渡尺寸为在机器人轴空间平滑轨迹规划方法中事先确定的过渡尺寸,即原前段路径函数J1(s)的终点与原后段路径函数J2(s)的起始点之间的距离尺寸。
步骤S22,根据过渡尺寸绘制过渡圆;
如图1所示,过渡圆在绘制的过程中需要经过原前段路径函数J1(s)的终点与原后段路径函数J2(s)的起始点。因此步骤S22包括:
步骤S221,根据过渡尺寸确定过渡圆与原前段路径函数J1(s)和原后段路径函数J2(s)的交点;
步骤S221,获取过渡圆的圆心,并绘制过渡圆。
在绘制过渡圆的过程中,确定了原前段路径函数J1(s)的终点与原后段路径函数J2(s)的起始点之后,可以连接这两点,然后做原前段路径函数J1(s)的终点与原后段路径函数J2(s)的起始点连线的中垂线,取中垂线上的一点作为圆心,绘制过渡圆。
具体的,可以使上述步骤S23包括:
需要进行说明的是,和均为定义的函数表达式,并且s1z的取值与的平滑度及过渡尺寸有关、s2z的取值与的平滑度及过渡尺寸有关,此处所说的过渡尺寸为前段路径与后段路径之间的过渡尺寸,在实际取值的过程中,可以根据所需的平滑度及过渡尺寸确定s1z、s2z的取值。
上述步骤S3包括:
步骤S32,根据原前段路径函数J1(s)与前段函数在过渡圆与原前段路径函数J1(s)的交点处的连续性、导函数连续性,以及原后段路径函数J2(s)与后段函数在过渡圆与原后段路径函数J2(s)的交点处的连续性、导函数连续性,计算p(s)。
需要进行说明的是,原前段路径函数J1(s)与前段函数在过渡圆与原前段路径函数J1(s)的交点处的连续性、导函数连续性是指,原前段路径函数J1(s)与前段函数在交点处所对应的函数值相同,导函数的值也相同,即如图1所示,过渡圆与原前段路径函数J1(s)的交点为s1z,则:原后段路径函数J2(s)与后段函数在过渡圆与原后段路径函数J2(s)的交点处的连续性、导函数连续性是指,原后段路径函数J2(s)与后段函数在交点处所对应的函数值相同,导函数的值也相同,即如图1所示,过渡圆与原后段路径函数J2(s)的交点为s2z,则:
计算p(s)的过程包括:
在上述实施例的基础上,定义p(s)为p(s)=a+bs+cs2+ds3+es4+fs5;
根据p(0)=0,p′(0)=0,p″(0)=0和p(1)=0,p′(1)=0,p″(1)=0计算得到a=0,b=0,c=0,d=10,e=-15,f=6;p(s)=10s3-15s4+6s5。
需要进行说明的是,在实际使用的过程中,为了方便计算,一般均会使s1z=0、s2z=1,当s1z、s2z取其它值的情况下,可以根据相关计算方式求得p(s)的表达式,且在本申请的保护范围之内。
除了上述机器人轴空间平滑轨迹规划方法,本申请文件还提供了一种用于实施上述机器人轴空间平滑轨迹规划方法的规划装置,该规划装置包括:
原路径获取模块,用于获取原前段路径和原后段路径,并根据原前段路径获取原前段路径函数J1(s),根据原后段路径获取原后段路径函数J2(s),并将原前段路径函数J1(s)和原后段路径函数J2(s)发送至中间路径获取模块;
中间路径获取模块,用于根据原前段路径函数J1(s)获取与原前段路径函数J1(s)相交且符合平滑度要求的前段路径,根据原后段路径函数J2(s)获取与原后段路径函数J2(s)相交且符合平滑度要求的后段路径;且前段路径的表达函数为前段函数后段路径的表达函数为后段函数并将前段函数和后段函数发送至过渡路径获取模块;
路径拟合模块,用于根据接收到的过渡路径函数J(s)获取机器人由原前段路径移动至原后段路径的过渡路径;
原路径获取模块的输出端与中间路径获取模块的输入端连接,中间路径获取模块的输出端与过渡路径获取模块的输入端连接,过渡路径获取模块的输出端与路径拟合模块的输入端连接。
中间路径获取模块包括:
数据尺寸获取单元,用于获取原前段路径函数J1(s)和原后段路径函数J2(s)之间的过渡尺寸,并将过渡尺寸发送至绘制单元;
绘制单元,用于根据接收到的过渡尺寸绘制过渡圆,并将过渡圆的数据发送至数据处理单元;
数据尺寸获取单元的输出端与绘制单元的输入端连接,绘制单元的输出端与数据处理单元的输入端连接。
在使用本具体实施例提供的规划装置的过程中,确定之后的前段函数是唯一的,不随速度的变化而变化;由于后段函数与原后段路径函数J2(s)相交并且符合平滑度要求,因此确定之后的后段函数是唯一的,不随速度的变化而变化,因此根据前段函数和后段函数所确定的过渡路径函数J(s)也是唯一的,机器人在过渡路径中移动时各轴之间的关系一一对应,避免出现在不同速度下走出不同路径的情况。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内,在此不做赘述。
以上对本发明所提供的机器人轴空间平滑轨迹规划方法及规划装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种机器人轴空间平滑轨迹规划方法,应用于机器人的移动控制,所述机器人为多轴机器人,其特征在于,包括:
步骤S1,获取原前段路径和原后段路径,并根据所述原前段路径获取原前段路径函数J1(s),所述原前段路径为所述机器人当前的移动路径,所述原前段路径函数J1(s)为原前段路径的表达函数;
根据所述原后段路径获取原后段路径函数J2(s),所述原后段路径为所述机器人将要进入的移动路径,所述原后段路径函数J2(s)为原后段路径的表达函数;
步骤S4,根据所述过渡路径函数J(s)获取所述机器人由所述原前段路径移动至所述原后段路径的过渡路径;
步骤S2包括:
步骤S21,获取所述原前段路径函数J1(s)和所述原后段路径函数J2(s)之间的过渡尺寸;
步骤S22,根据所述过渡尺寸绘制过渡圆;
所述步骤S22包括:
步骤S221,根据所述过渡尺寸确定所述过渡圆与所述原前段路径函数J1(s)和所述原后段路径函数J2(s)的交点;
步骤S222,获取所述过渡圆的圆心,并绘制所述过渡圆;
所述步骤S23包括:
5.根据权利要求4所述的机器人轴空间平滑轨迹规划方法,其特征在于,所述步骤S322之后,包括:
定义所述p(s)为p(s)=a+bs+cs2+ds3+es4+fs5;
根据p(0)=0,p′(0)=0,P″(0)=0和p(1)=1,p′(1)=0,P″(1)=0计算得到a=0,b=0,c=0,d=10,e=-15,f=6;p(s)=10s3-15s4+6s5。
6.一种规划装置,其特征在于,用于实施权利要求1-5任一项所述的机器人轴空间平滑轨迹规划方法,包括:
原路径获取模块,用于获取原前段路径和原后段路径,并根据所述原前段路径获取原前段路径函数J1(s),根据所述原后段路径获取原后段路径函数J2(s),并将所述原前段路径函数J1(s)和所述原后段路径函数J2(s)发送至中间路径获取模块;
所述中间路径获取模块,用于根据所述原前段路径函数J1(s)获取与所述原前段路径函数J1(s)相交且符合平滑度要求的前段路径,根据所述原后段路径函数J2(s)获取与所述原后段路径函数J2(s)相交且符合平滑度要求的后段路径;且所述前段路径的表达函数为前段函数所述后段路径的表达函数为后段函数并将所述前段函数和所述后段函数发送至过渡路径获取模块;
所述路径拟合模块,用于根据接收到的所述过渡路径函数J(s)获取所述机器人由所述原前段路径移动至所述原后段路径的过渡路径;
所述原路径获取模块的输出端与所述中间路径获取模块的输入端连接,所述中间路径获取模块的输出端与所述过渡路径获取模块的输入端连接,所述过渡路径获取模块的输出端与所述路径拟合模块的输入端连接。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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