CN112947299A - 一种运动设备的运动控制方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运动设备的运动控制方法、系统及装置，确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点，及其在圆弧路径上的第二过渡点；以过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与目标路径相切为约束，确定过渡圆弧路径的圆心；获取过渡圆弧路径的旋转方向，并基于过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在直线路径和圆弧路径之间平滑过渡运行。可见，本申请可在相连的直线路径和圆弧路径之间添加一段过渡圆弧路径，使得运动设备按照过渡圆弧路径运行可实现直线路径与圆弧路径间的平滑过渡，从而在加工控制系统的应用场景下可提高加工质量及加工效率。

Description

一种运动设备的运动控制方法、系统及装置

技术领域

本发明涉及加工控制领域，特别是涉及一种运动设备的运动控制方法、系统及装置。

背景技术

在数控系统、机器人控制系统等加工控制系统中，均是按照指定的路径控制运动设备运行。一般情况下，运动设备的整个运行路径不止有一种路径，而是由多种路径组合而成。但是，在不同路径交接处运行时，由于运动设备运行方向的切线向量不同，导致在不同路径交接处运行时速度和加速度不连续，无法及时进行路径转换，使得在路径转换期间有明显的滞留现象，影响加工质量及加工效率。

目前，为了减轻在路径转换期间的滞留现象，通常在交接的两段路径之间添加一段圆弧路径，以将不同路径交接处平滑过渡处理。但是，现有的路径间平滑过渡方法只能完成不同运行方向的两段直线路径之间的平滑过渡处理，而无法完成直线路径与圆弧路径之间的平滑过渡处理，导致在有直线路径和圆弧路径组合的运行场景下，加工质量及加工效率较低。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种运动设备的运动控制方法、系统及装置，在相连的直线路径和圆弧路径之间添加一段过渡圆弧路径，此过渡圆弧路径在两端过渡点处分别与直线路径和圆弧路径相切，使得运动设备按照过渡圆弧路径运行可实现直线路径与圆弧路径间的平滑过渡，从而在加工控制系统的应用场景下可提高加工质量及加工效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种运动设备的运动控制方法，包括：

确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在所述直线路径上的第一过渡点，及其在所述圆弧路径上的第二过渡点；

以所述过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与所述目标路径相切为约束，确定所述过渡圆弧路径的圆心；其中，所述目标路径为所述直线路径和所述圆弧路径；

获取所述过渡圆弧路径的旋转方向，并基于所述过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在所述直线路径和所述圆弧路径之间平滑过渡运行。

优选地，确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在所述直线路径上的第一过渡点，及其在所述圆弧路径上的第二过渡点的过程，包括：

以未添加过渡圆弧路径的所述圆弧路径和所述直线路径的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与所述圆弧路径相交于第一点，并将所述第一点作为所述第二过渡点；

获取所述圆弧路径在所述第二过渡点处的切向量，以所述切向量构造直线与所述直线路径相交于第二点，并以所述第一过渡点和所述第二过渡点与所述第二点的距离相等为约束，确定所述第一过渡点。

优选地，以未添加过渡圆弧路径的所述圆弧路径和所述直线路径的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与所述圆弧路径相交于第一点，并将所述第一点作为所述第二过渡点的过程，包括：

根据预设圆心角求取关系式

求取所述圆弧路径上的弦长

对应的圆心角α；其中，

P₁为未添加过渡圆弧路径的所述圆弧路径和所述直线路径的衔接点；PT₂为所述第二过渡点；h为预设最大允许弓高误差；r₁为所述圆弧路径的半径；

根据预设圆弧过渡点求取关系式

求取所述第二过渡点PT₂的坐标；其中，二维向量旋转矩阵

θ>0表示逆时针旋转，θ<0表示顺时针旋转；arcdir表示圆弧旋转方向，arcdir为1表示逆时针，arcdir为-1表示顺时针；C₁为所述圆弧路径的圆心。

优选地，获取所述圆弧路径在所述第二过渡点处的切向量，以所述切向量构造直线与所述直线路径相交于第二点，并以所述第一过渡点和所述第二过渡点与所述第二点的距离相等为约束，确定所述第一过渡点的过程，包括：

根据预设切向单位向量求取关系式

求取所述圆弧路径在所述第二过渡点PT₂处的切向单位向量

根据所述切向单位向量

及所述第二过渡点PT₂的坐标求取所述切向单位向量所在直线的第一直线表达式；

根据所述直线路径的两端点坐标求取所述直线路径的第二直线表达式；

根据所述第一直线表达式和所述第二直线表达式求取两直线交点P_m的坐标；

根据预设直线过渡点求取关系式

求取所述第一过渡点PT₁的坐标；其中，P₀为所述直线路径的一端点。

优选地，以所述过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与所述目标路径相切为约束，确定所述过渡圆弧路径的圆心的过程，包括：

根据预设夹角求取关系式

求取所述切向单位向量

与所述直线路径的夹角θ；其中，

表示向量

与向量

的点乘；

根据预设半径求取关系式

求取所述过渡圆弧路径的半径r；

根据预设中点求取关系式

求取所述第一过渡点PT₁和所述第二过渡点PT₂连线的中点M的坐标；

根据预设长度求取关系式

求取直线P_mC₂的长度；其中，C₂为所述过渡圆弧路径的圆心；

根据预设向量求取关系式

求取向量

并根据预设圆心求取关系式

求取圆心C₂的坐标。

优选地，获取所述过渡圆弧路径的旋转方向的过程，包括：

判断s＝x₁y₂-x₂y₁的s值是否大于0；其中，

为所述过渡圆弧路径在前方的过渡点处的方向向量；

为所述过渡圆弧路径在后方的过渡点处的方向向量；

若是，则确定所述过渡圆弧路径为逆时针圆弧；

若否，则确定所述过渡圆弧路径为顺时针圆弧。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种运动设备的运动控制系统，包括：

过渡点确定模块，用于确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在所述直线路径上的第一过渡点，及其在所述圆弧路径上的第二过渡点；

圆心确定模块，用于以所述过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与所述目标路径相切为约束，确定所述过渡圆弧路径的圆心；其中，所述目标路径为所述直线路径和所述圆弧路径；

方向确定模块，用于获取所述过渡圆弧路径的旋转方向；

运动控制模块，用于基于所述过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在所述直线路径和所述圆弧路径之间平滑过渡运行。

优选地，所述过渡点确定模块具体用于：

以未添加过渡圆弧路径的所述圆弧路径和所述直线路径的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与所述圆弧路径相交于第一点，并将所述第一点作为所述第二过渡点；

获取所述圆弧路径在所述第二过渡点处的切向量，以所述切向量构造直线与所述直线路径相交于第二点，并以所述第一过渡点和所述第二过渡点与所述第二点的距离相等为约束，确定所述第一过渡点。

优选地，所述方向确定模块具体用于：

判断s＝x₁y₂-x₂y₁的s值是否大于0；其中，

为所述过渡圆弧路径在前方的过渡点处的方向向量；

为所述过渡圆弧路径在后方的过渡点处的方向向量；

若是，则确定所述过渡圆弧路径为逆时针圆弧；

若否，则确定所述过渡圆弧路径为顺时针圆弧。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种运动设备的运动控制装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于在执行所述计算机程序时实现上述任一种运动设备的运动控制方法的步骤。

本发明提供了一种运动设备的运动控制方法，确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点，及其在圆弧路径上的第二过渡点；以过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与目标路径相切为约束，确定过渡圆弧路径的圆心；其中，目标路径为直线路径和圆弧路径；获取过渡圆弧路径的旋转方向，并基于过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在直线路径和圆弧路径之间平滑过渡运行。可见，本申请可在相连的直线路径和圆弧路径之间添加一段过渡圆弧路径，此过渡圆弧路径在两端过渡点处分别与直线路径和圆弧路径相切，使得运动设备按照过渡圆弧路径运行可实现直线路径与圆弧路径间的平滑过渡，从而在加工控制系统的应用场景下可提高加工质量及加工效率。

本发明还提供了一种运动设备的运动控制系统及装置，与上述运动控制方法具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种运动设备的运动控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种直线路径和圆弧路径的交接示意图；

图3为本发明实施例提供的一种直线路径和圆弧路径的交接实施例示意图；

图4为本发明实施例提供的一种运动设备的运动控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种运动设备的运动控制方法、系统及装置，在相连的直线路径和圆弧路径之间添加一段过渡圆弧路径，此过渡圆弧路径在两端过渡点处分别与直线路径和圆弧路径相切，使得运动设备按照过渡圆弧路径运行可实现直线路径与圆弧路径间的平滑过渡，从而在加工控制系统的应用场景下可提高加工质量及加工效率。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种运动设备的运动控制方法的流程图。

该运动设备的运动控制方法包括：

步骤S1：确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点，及其在圆弧路径上的第二过渡点。

具体地，考虑到运动设备在未平滑过渡的直线路径和圆弧路径的交接处运行时，由于运行方向的切线向量不同，导致在直线路径和圆弧路径的交接处运行时速度和加速度不连续，无法及时进行路径转换，使得在路径转换期间有明显的滞留现象，所以为了减轻在路径转换期间的滞留现象，本申请在未平滑过渡的直线路径和圆弧路径之间添加一段过渡圆弧路径，目的是将未平滑过渡的直线路径和圆弧路径的交接处平滑过渡处理。

基于此，本申请首先确定过渡圆弧路径(用于过渡直线路径和圆弧路径)在直线路径上的第一过渡点(即过渡圆弧路径与直线路径的交接点)，并确定过渡圆弧路径在圆弧路径上的第二过渡点(即过渡圆弧路径与圆弧路径的交接点)。也就是说，若运动设备预从直线路径进入圆弧路径运行，则在运动设备运行到直线路径上的第一过渡点时便进入过渡圆弧路径，接下来按照过渡圆弧路径运行，直至运动设备运行到圆弧路径上的第二过渡点时进入圆弧路径，接下来按照圆弧路径运行。若运动设备预从圆弧路径进入直线路径运行，则在运动设备运行到圆弧路径上的第二过渡点时便进入过渡圆弧路径，接下来按照过渡圆弧路径运行，直至运动设备运行到直线路径上的第一过渡点时进入直线路径，接下来按照直线路径运行。

步骤S2：以过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与目标路径相切为约束，确定过渡圆弧路径的圆心。

需要说明的是，本申请的目标路径为直线路径和圆弧路径。

具体地，为了实现直线路径和圆弧路径的平滑过渡，需满足：过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点处与直线路径相切；过渡圆弧路径在圆弧路径上的第二过渡点处与圆弧路径相切。基于此，本申请以过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点处与直线路径相切、过渡圆弧路径在圆弧路径上的第二过渡点处与圆弧路径相切为约束，确定过渡圆弧路径的圆心。也就是说，确定的过渡圆弧路径的圆心可使过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点处与直线路径相切、在圆弧路径上的第二过渡点处与圆弧路径相切。

步骤S3：获取过渡圆弧路径的旋转方向，并基于过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在直线路径和圆弧路径之间平滑过渡运行。

具体地，已知过渡圆弧路径的两端点(第一过渡点、第二过渡点)及圆心，可得到过渡圆弧路径的圆弧形状，但此情况下得到的过渡圆弧路径没有指明旋转方向，可以理解的是，若运动设备预从直线路径进入圆弧路径运行，则过渡圆弧路径的起点为第一过渡点、终点为第二过渡点；若运动设备预从圆弧路径进入直线路径运行，则过渡圆弧路径的起点为第二过渡点、终点为第一过渡点。所以为了实现运动设备在直线路径和圆弧路径之间平滑过渡运行，本申请还需获取过渡圆弧路径的旋转方向(逆时针或者顺时针，用于指明过渡圆弧路径的起点和终点)，基于此，本申请便可基于过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在直线路径和圆弧路径之间平滑过渡运行。

本发明提供了一种运动设备的运动控制方法，确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点，及其在圆弧路径上的第二过渡点；以过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与目标路径相切为约束，确定过渡圆弧路径的圆心；其中，目标路径为直线路径和圆弧路径；获取过渡圆弧路径的旋转方向，并基于过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在直线路径和圆弧路径之间平滑过渡运行。可见，本申请可在相连的直线路径和圆弧路径之间添加一段过渡圆弧路径，此过渡圆弧路径在两端过渡点处分别与直线路径和圆弧路径相切，使得运动设备按照过渡圆弧路径运行可实现直线路径与圆弧路径间的平滑过渡，从而在加工控制系统的应用场景下可提高加工质量及加工效率。

在上述实施例的基础上：

请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种直线路径和圆弧路径的交接示意图。

作为一种可选的实施例，确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点，及其在圆弧路径上的第二过渡点的过程，包括：

以未添加过渡圆弧路径的圆弧路径和直线路径的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与圆弧路径相交于第一点，并将第一点作为第二过渡点；

获取圆弧路径在第二过渡点处的切向量，以切向量构造直线与直线路径相交于第二点，并以第一过渡点和第二过渡点与第二点的距离相等为约束，确定第一过渡点。

具体地，本申请先确定过渡圆弧路径在圆弧路径上的第二过渡点，然后再基于第一过渡点和第二过渡点的位置对应关系确定第一过渡点。基于此，过渡圆弧路径在圆弧路径上的第二过渡点的确定方式：以圆弧路径和直线路径原本的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与圆弧路径相交于第一点，第一点即为过渡圆弧路径在圆弧路径上的第二过渡点。过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点的确定方式：获取圆弧路径在第二过渡点处的切向量，以切向量构造直线与直线路径相交于第二点，基于第一过渡点和第二过渡点的位置满足于：第一过渡点和第二点之间的距离与第二过渡点和第二点之间的距离相等，所以以第一过渡点和第二过渡点与第二点的距离相等为约束，可确定出第一过渡点。

如图2所示，直线路径的两端点为P0和P1，圆弧路径的两端点为P1和P2，则圆弧路径和直线路径原本的衔接点为P1。设运行设备从直线路径进入圆弧路径运行，则P0为直线路径的起点；P1为直线路径的终点，且为圆弧路径的起点；P2为圆弧路径的终点。设预设最大允许弓高误差为h，则过渡圆弧路径在圆弧路径上的第二过渡点的确定方式：以圆弧路径和直线路径原本的衔接点P1为圆心、预设最大允许弓高误差h为半径，作圆弧与圆弧路径相交于第二过渡点PT2，则

。过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点的确定方式：获取圆弧路径在第二过渡点PT2处的切向量，以切向量构造直线与直线路径相交于第二点Pm，以|P_m PT₂|＝|P_m PT₁|为约束，可确定出第一过渡点PT1。

作为一种可选的实施例，以未添加过渡圆弧路径的圆弧路径和直线路径的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与圆弧路径相交于第一点，并将第一点作为第二过渡点的过程，包括：

根据预设圆心角求取关系式

求取圆弧路径上的弦长

对应的圆心角α；其中，

P₁为未添加过渡圆弧路径的圆弧路径和直线路径的衔接点；PT₂为第二过渡点；h为预设最大允许弓高误差；r₁为圆弧路径的半径；

根据预设圆弧过渡点求取关系式

求取第二过渡点PT₂的坐标；其中，二维向量旋转矩阵

θ>0表示逆时针旋转，θ<0表示顺时针旋转；arcdir表示圆弧旋转方向，arcdir为1表示逆时针，arcdir为-1表示顺时针；C₁为圆弧路径的圆心。

具体地，已知

(

表示向量

的模)，且

是圆弧路径上的一段弦长，设此段弦长对应的圆心角为α，则有圆心角求取关系式：

其中，r₁为圆弧路径的半径，是已知量；h为预设最大允许弓高误差，是已知量；则可求取圆心角α的角度值。

基于弦长

对应的圆心角为α，第二过渡点PT₂为衔接点P₁绕圆弧路径的圆心C₁旋转arcdir*α角度得到的点(arcdir表示圆弧旋转方向，arcdir为1表示逆时针，arcdir为-1表示顺时针)，二维向量旋转矩阵为：

(θ>0表示逆时针旋转，θ<0表示顺时针旋转)，则有圆弧过渡点求取关系式

其中，圆弧路径的圆心C₁的坐标、arcdir*α角度值、衔接点P₁的坐标均为已知量，则可求取第二过渡点PT₂的坐标。

作为一种可选的实施例，获取圆弧路径在第二过渡点处的切向量，以切向量构造直线与直线路径相交于第二点，并以第一过渡点和第二过渡点与第二点的距离相等为约束，确定第一过渡点的过程，包括：

根据预设切向单位向量求取关系式

求取圆弧路径在第二过渡点PT₂处的切向单位向量

根据切向单位向量

及第二过渡点PT₂的坐标求取切向单位向量所在直线的第一直线表达式；

根据直线路径的两端点坐标求取直线路径的第二直线表达式；

根据第一直线表达式和第二直线表达式求取两直线交点P_m的坐标；

根据预设直线过渡点求取关系式

求取第一过渡点PT₁的坐标；其中，P₀为直线路径的一端点。

具体地，圆弧路径在第二过渡点PT₂处的切向量可由矩阵

旋转90°得到，则可利用旋转矩阵得到切向单位向量求取关系式

其中，圆弧路径的圆心C₁的坐标、第二过渡点PT₂的坐标均为已知量，则可求取圆弧路径在第二过渡点PT₂处的切向单位向量

已知切向单位向量及切向单位向量上一点坐标(第二过渡点PT₂的坐标)，可得到切向单位向量所在直线的第一直线表达式。已知直线路径的两端点坐标(P₀、P₁的坐标)，可得到直线路径的第二直线表达式。已知切向单位向量所在直线的第一直线表达式及直线路径的第二直线表达式，可得到切向单位向量所在直线与直线路径的交点P_m的坐标。

又根据对称性可得|P_m PT₂|＝|P_m PT₁|(|AB|表示线段AB的长度)，则有直线过渡点求取关系式

其中，交点P_m的坐标、直线路径的端点P₀的坐标均为已知量，则可求取第一过渡点PT₁的坐标。

作为一种可选的实施例，以过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与目标路径相切为约束，确定过渡圆弧路径的圆心的过程，包括：

根据预设夹角求取关系式

求取切向单位向量

与直线路径的夹角θ；其中，

表示向量

与向量

的点乘；

根据预设半径求取关系式

求取过渡圆弧路径的半径r；

根据预设中点求取关系式

求取第一过渡点PT₁和第二过渡点PT₂连线的中点M的坐标；

根据预设长度求取关系式

求取直线P_mC₂的长度；其中，C₂为过渡圆弧路径的圆心；

根据预设向量求取关系式

求取向量

并根据预设圆心求取关系式

求取圆心C₂的坐标。

具体地，本申请可利用两向量的点乘求取两向量的夹角。已知圆弧路径在第二过渡点PT₂处的切向单位向量

与直线路径的向量

的点乘为：

则有夹角求取关系式

其中，向量

与向量

的点乘

直线路径的端点P₀、P₁的坐标均为已知量，则可求取切向单位向量

与直线路径的夹角θ。

如图2所示，已知过渡圆弧路径的圆心C₂、第一过渡点PT₁、交点P_m构成直角三角形，直线C₂PT₁的长度为过渡圆弧路径的半径r，直线C₂P_m平分夹角θ，则有半径求取关系式

其中，交点P_m的坐标、第一过渡点PT₁的坐标、夹角θ均为已知量，则可求取过渡圆弧路径的半径r。

设M为直线PT₁PT₂的中点，则有中点求取关系式

其中，第一过渡点PT₁的坐标、第二过渡点PT₂的坐标均为已知量，则可求取中点M的坐标。

根据三角函数关系可得长度求取关系式

其中，过渡圆弧路径的半径r、夹角θ均为已知量，则可求取直线P_mC₂的长度。由向量关系可得向量求取关系式

其中，

为已知量；交点P_m的坐标、中点M的坐标均为已知量，则可求取向量

然后根据圆心求取关系式

求取圆心C₂的坐标，至此完成过渡圆弧路径的求解。

需要说明的是，上述得到的过渡圆弧路径实际的弓高误差h’等于直线P_mC₂的长度减去过渡圆弧路径的半径r，显然h’<h，满足最大允许弓高误差要求。

作为一种可选的实施例，获取过渡圆弧路径的旋转方向的过程，包括：

判断s＝x₁y₂-x₂y₁的s值是否大于0；其中，

为过渡圆弧路径在前方的过渡点处的方向向量；

为过渡圆弧路径在后方的过渡点处的方向向量；

若是，则确定过渡圆弧路径为逆时针圆弧；

若否，则确定过渡圆弧路径为顺时针圆弧。

具体地，设过渡圆弧路径在先后两个过渡点处的方向向量分别为

假设

令s＝x₁y₂-x₂y₁，s<0说明

在

顺时针方向，即过渡圆弧路径为顺时针圆弧；s>0说明

在

逆时针方向，即过渡圆弧路径为逆时针圆弧(基于空间向量的叉乘和右手定则总结出来的关系式)。

请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种直线路径和圆弧路径的交接实施例示意图。

使用上述运动控制方法对图3中的直线路径和圆弧路径进行平滑过渡(其中，直线路径的起点P0＝(－0.5,0.5)，终点P1＝(0.5858,0.5858)；圆弧路径的起点为P1，即P1为直线路径与圆弧路径的衔接点，圆弧路径的终点P2＝(0.0304,1.6527)，圆弧路径的半径为2，最大允许弓高误差h＝0.2)：

1)确定过渡圆弧路径在圆弧路径上的第二过渡点PT2及其在直线路径上的第一过渡点PT1：

先以P1为圆心，h为半径，作圆弧与圆弧路径相交于第一点，令第一点为圆弧路径上的第二过渡点PT2；利用旋转矩阵求得圆弧路径在第二过渡点PT2处的切向量，而后利用该切向量与第二过渡点PT2构建出一条直线，此直线与直线路径相交于点Pm，最后利用对等关系得到直线路径上的第一过渡点PT1。计算得到在直线路径上的第一过渡点PT1＝(0.3814,0.5696)，在圆弧路径上的第二过渡点PT2＝(0.4516,0.7341)。

2)确定过渡圆弧路径的圆心：

已知圆弧路径在第二过渡点PT2处的切向量、直线路径的方向向量，利用两向量的点乘求得两向量之间的夹角，然后根据三角函数关系计算得到过渡圆弧路径的圆心。计算得到过渡圆弧路径的圆心坐标为C2＝(0.3735,0.6702)。

3)获取过渡圆弧路径的旋转方向：

由前述可得到过渡圆弧路径的起点切向量和终点切向量，基于空间向量右手定则，判断过渡圆弧路径的旋转方向。此实施例中过渡圆弧路径的旋转方向为逆时针。

至此，完成直线路径与圆弧路径的平滑过渡。此时实际弓高误差h’＝0.1167＜h，满足最大允许弓高误差的要求。

综上，该运动控制方法计算简单，能快速求出过渡圆弧路径的半径及圆心，且保证过渡圆弧路径与实际路径的切向量连续，即过渡圆弧路径能够与实际路径相衔接，保证了速度的连续，且满足了最大允许弓高误差的要求。另外，本申请可根据过渡点处的方向向量求得过渡圆弧路径的旋转方向，可按照数控加工的圆弧指令进行过渡。

请参照图4，图4为本发明实施例提供的一种运动设备的运动控制系统的结构示意图。

该运动设备的运动控制系统包括：

过渡点确定模块1，用于确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在直线路径上的第一过渡点，及其在圆弧路径上的第二过渡点；

圆心确定模块2，用于以过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与目标路径相切为约束，确定过渡圆弧路径的圆心；其中，目标路径为直线路径和圆弧路径；

方向确定模块3，用于获取过渡圆弧路径的旋转方向；

运动控制模块4，用于基于过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在直线路径和圆弧路径之间平滑过渡运行。

作为一种可选的实施例，过渡点确定模块1具体用于：

以未添加过渡圆弧路径的圆弧路径和直线路径的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与圆弧路径相交于第一点，并将第一点作为第二过渡点；

获取圆弧路径在第二过渡点处的切向量，以切向量构造直线与直线路径相交于第二点，并以第一过渡点和第二过渡点与第二点的距离相等为约束，确定第一过渡点。

作为一种可选的实施例，方向确定模块3具体用于：

判断s＝x₁y₂-x₂y₁的s值是否大于0；其中，

为过渡圆弧路径在前方的过渡点处的方向向量；

为过渡圆弧路径在后方的过渡点处的方向向量；

若是，则确定过渡圆弧路径为逆时针圆弧；

若否，则确定过渡圆弧路径为顺时针圆弧。

本申请提供的运动控制系统的实施例请参考上述运动控制方法的实施例，本申请在此不再赘述。

本申请还提供了一种运动设备的运动控制装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于在执行计算机程序时实现上述任一种运动设备的运动控制方法的步骤。

本申请提供的运动控制装置的实施例请参考上述运动控制方法的实施例，本申请在此不再赘述。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种运动设备的运动控制方法，其特征在于，包括：

确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在所述直线路径上的第一过渡点，及其在所述圆弧路径上的第二过渡点；

以所述过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与所述目标路径相切为约束，确定所述过渡圆弧路径的圆心；其中，所述目标路径为所述直线路径和所述圆弧路径；

获取所述过渡圆弧路径的旋转方向，并基于所述过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在所述直线路径和所述圆弧路径之间平滑过渡运行。

2.如权利要求1所述的运动设备的运动控制方法，其特征在于，确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在所述直线路径上的第一过渡点，及其在所述圆弧路径上的第二过渡点的过程，包括：

以未添加过渡圆弧路径的所述圆弧路径和所述直线路径的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与所述圆弧路径相交于第一点，并将所述第一点作为所述第二过渡点；

获取所述圆弧路径在所述第二过渡点处的切向量，以所述切向量构造直线与所述直线路径相交于第二点，并以所述第一过渡点和所述第二过渡点与所述第二点的距离相等为约束，确定所述第一过渡点。

3.如权利要求2所述的运动设备的运动控制方法，其特征在于，以未添加过渡圆弧路径的所述圆弧路径和所述直线路径的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与所述圆弧路径相交于第一点，并将所述第一点作为所述第二过渡点的过程，包括：

根据预设圆心角求取关系式

求取所述圆弧路径上的弦长

对应的圆心角α；其中，

P₁为未添加过渡圆弧路径的所述圆弧路径和所述直线路径的衔接点；PT₂为所述第二过渡点；h为预设最大允许弓高误差；r₁为所述圆弧路径的半径；

根据预设圆弧过渡点求取关系式

求取所述第二过渡点PT₂的坐标；其中，二维向量旋转矩阵

θ>0表示逆时针旋转，θ<0表示顺时针旋转；arcdir表示圆弧旋转方向，arcdir为1表示逆时针，arcdir为-1表示顺时针；C₁为所述圆弧路径的圆心。

4.如权利要求3所述的运动设备的运动控制方法，其特征在于，获取所述圆弧路径在所述第二过渡点处的切向量，以所述切向量构造直线与所述直线路径相交于第二点，并以所述第一过渡点和所述第二过渡点与所述第二点的距离相等为约束，确定所述第一过渡点的过程，包括：

根据预设切向单位向量求取关系式

求取所述圆弧路径在所述第二过渡点PT₂处的切向单位向量

根据所述切向单位向量

及所述第二过渡点PT₂的坐标求取所述切向单位向量所在直线的第一直线表达式；

根据所述直线路径的两端点坐标求取所述直线路径的第二直线表达式；

根据所述第一直线表达式和所述第二直线表达式求取两直线交点P_m的坐标；

根据预设直线过渡点求取关系式

求取所述第一过渡点PT₁的坐标；其中，P₀为所述直线路径的一端点。

5.如权利要求4所述的运动设备的运动控制方法，其特征在于，以所述过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与所述目标路径相切为约束，确定所述过渡圆弧路径的圆心的过程，包括：

根据预设夹角求取关系式

求取所述切向单位向量

与所述直线路径的夹角θ；其中，

表示向量

与向量

的点乘；

根据预设半径求取关系式

求取所述过渡圆弧路径的半径r；

根据预设中点求取关系式

求取所述第一过渡点PT₁和所述第二过渡点PT₂连线的中点M的坐标；

根据预设长度求取关系式

求取直线P_mC₂的长度；其中，C₂为所述过渡圆弧路径的圆心；

根据预设向量求取关系式

求取向量

并根据预设圆心求取关系式

求取圆心C₂的坐标。

6.如权利要求1-5任一项所述的运动设备的运动控制方法，其特征在于，获取所述过渡圆弧路径的旋转方向的过程，包括：

判断s＝x₁y₂-x₂y₁的s值是否大于0；其中，

为所述过渡圆弧路径在前方的过渡点处的方向向量；

为所述过渡圆弧路径在后方的过渡点处的方向向量；

若是，则确定所述过渡圆弧路径为逆时针圆弧；

若否，则确定所述过渡圆弧路径为顺时针圆弧。

7.一种运动设备的运动控制系统，其特征在于，包括：

过渡点确定模块，用于确定用于过渡直线路径和圆弧路径的过渡圆弧路径在所述直线路径上的第一过渡点，及其在所述圆弧路径上的第二过渡点；

圆心确定模块，用于以所述过渡圆弧路径在目标路径上的过渡点处与所述目标路径相切为约束，确定所述过渡圆弧路径的圆心；其中，所述目标路径为所述直线路径和所述圆弧路径；

方向确定模块，用于获取所述过渡圆弧路径的旋转方向；

运动控制模块，用于基于所述过渡圆弧路径对应的第一过渡点、第二过渡点、圆心及旋转方向，控制运动设备在所述直线路径和所述圆弧路径之间平滑过渡运行。

8.如权利要求7所述的运动设备的运动控制系统，其特征在于，所述过渡点确定模块具体用于：

以未添加过渡圆弧路径的所述圆弧路径和所述直线路径的衔接点为圆心、预设最大允许弓高误差为半径，作圆弧与所述圆弧路径相交于第一点，并将所述第一点作为所述第二过渡点；

获取所述圆弧路径在所述第二过渡点处的切向量，以所述切向量构造直线与所述直线路径相交于第二点，并以所述第一过渡点和所述第二过渡点与所述第二点的距离相等为约束，确定所述第一过渡点。

9.如权利要求7-8任一项所述的运动设备的运动控制系统，其特征在于，所述方向确定模块具体用于：

判断s＝x₁y₂-x₂y₁的s值是否大于0；其中，

为所述过渡圆弧路径在前方的过渡点处的方向向量；

为所述过渡圆弧路径在后方的过渡点处的方向向量；

若是，则确定所述过渡圆弧路径为逆时针圆弧；

若否，则确定所述过渡圆弧路径为顺时针圆弧。

10.一种运动设备的运动控制装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于在执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的运动设备的运动控制方法的步骤。

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