CN114474072B - 一种轨迹融合方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轨迹融合方法、装置、设备及存储介质，属于机器人运动控制技术领域。该方法包括：依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；依据第二轨迹和第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；第一轨迹所在空间与第二轨迹所在空间可以不同；基于融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。本发明实施例的技术方案，可以提高机器人在经过两条轨迹之间过渡点时运行的稳定性。

Description

一种轨迹融合方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及机器人运动控制技术领域，尤其涉及一种轨迹融合方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

随着机器人技术的不断发展，机械臂应用场景越来越广泛。例如，精密装配、检测拣选、涂胶涂油以及上下料等场景。为了保证机械臂在执行上述操作时的动作精确性，需要对机械臂进行精准控制。

在机械臂执行任务过程中，通常要沿着预先规划的一条或者多条轨迹运动。在需要沿着多条轨迹运动的情况下，机器人需要从当前轨迹的起始点，行驶至两条轨迹相接的中间点，最后到下一条轨迹的终止点。在行驶过程中，机器人的速度从0开始加速，行驶至中间点时速度再到0，再行驶到下一条轨迹时再加速，在行驶至终止点时再到0。这种连续启停运动，不仅会影响机器人执行任务的效率，还会对机器人的寿命造成一定影响。

发明内容

本发明提供了一种轨迹融合方法、装置、设备及存储介质，提高机器人在经过两条轨迹之间过渡点时运行的稳定性。

根据本发明的一方面，提供了一种轨迹融合方法，其特征在于，包括：

依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；

依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；所述第一轨迹所在空间与第二轨迹所在空间可以不同；

基于所述融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

根据本发明的另一方面，提供了一种轨迹融合装置，其特征在于，包括：

第一运动信息确定模块，用于依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；

第二运动信息确定模块，用于依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；所述第一轨迹所在空间与第二轨迹所在空间可以不同；

融合段轨迹规划模块，用于基于所述融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的轨迹融合方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的轨迹融合方法。

本发明实施例的技术方案，依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，进而依据第二轨迹和第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，最终基于融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，通过将融合起点和融合终点均映射到笛卡尔空间，解决了无法对不同空间的轨迹进行平稳过渡问题，提升了机器人在经过两条轨迹之间过渡点时运行的稳定性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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1a是根据本发明实施例一提供的一种轨迹融合方法的流程图；

图1b是根据本发明实施例一提供的确定融合起点的笛卡尔运动信息的示意图；

图1c是根据本发明实施例一提供的确定融合终点的笛卡尔运动信息的示意图；

图2是根据本发明实施例二提供的一种轨迹融合方法的流程图；

图3是根据本发明实施例三提供的一种轨迹融合方法的流程图；

图4是根据本发明实施例四提供的一种轨迹融合方法的流程图；

图5是根据本发明实施例五提供的一种轨迹融合装置的结构示意图；

图6是实现本发明实施例的轨迹融合方法的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1a为本发明实施例一提供了一种轨迹融合方法的流程图，本实施例可适用于对处于不同空间的轨迹进行轨迹融合情况，该方法可以由轨迹融合装置来执行，该轨迹融合装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该轨迹融合装置可配置于各种通用计算设备中。如图1a所示，该方法包括：

S110、依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

为控制机器人沿着用户期望的轨迹运动，用户需要预先输入一条或者多条轨迹，构成轨迹池。在机器人运动过程中，轨迹规划器会按照轨迹执行顺序，从轨迹池中依次取出轨迹进行速度规划，使得机器人沿着用户预先输入的轨迹运动。在轨迹池中包含多条轨迹时，机器人需要依次沿着多条轨迹运动，在两条轨迹之间的过渡段，容易出现速度或加速度不平稳的问题，进而导致过渡段的路径不唯一，影响机器人正常工作。

为避免上述过渡段路径速度或加速度不平稳的问题，用户在输入多条轨迹时，需要同时设置轨迹对应的融合半径，以使轨迹规划器通过融合半径确定融合起点和融合终点，进而依据融合起点和融合终点对相邻两条轨迹进行轨迹融合，使机器人能够平稳的由前一轨迹过渡到后一轨迹。

第一轨迹是用户输入的机器人需要运行的轨迹。第一轨迹关联的融合半径用于确定第一轨迹以及与第一轨迹相邻的后一轨迹(第二轨迹)之间的融合段。笛卡尔运动信息是指笛卡尔空间中的位姿、速度和加速度信息。

本公开实施例中，为了对不同空间的轨迹进行融合，可以在确定融合起点和融合终点的运动信息后，将运动信息统一映射到笛卡尔空间，以实现不同空间的轨迹融合。轨迹规划器在轨迹池中提取到第一轨迹后，会对第一轨迹进行运动规划，同时判断轨迹池中是否包含与第一轨迹关联的第一融合半径。若否，则说明第一轨迹不需要与其他轨迹进行融合，仅需继续对第一轨迹进行运动规划即可。若是，则说明第一轨迹需要与其他轨迹融合为，此时，可以依据第一轨迹以及第一轨迹关联的融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

具体的，在第一轨迹是笛卡尔空间的笛卡尔轨迹的情况下，可以直接依据第一轨迹以及第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，其中，笛卡尔运动信息是融合起点在笛卡尔空间的位姿、速度以及加速度信息。

在第一轨迹是关节空间的关节轨迹的情况下，首先可以依据第一轨迹以及第一轨迹关联的第一融合半径，在第一轨迹中确定融合起点在关节空间的关节运动信息，其中，关节运动信息是融合起点在关节空间的位姿、速度以及加速度信息。进一步的，以融合起点为中心，在第一轨迹中融合起点的两侧分别获取设定数量的第一轨迹点，将所述融合起点和获取到的第一轨迹点映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的融合起点和第一轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线。最终，依据拟合曲线，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，其中，笛卡尔运动信息包括笛卡尔空间的位姿、速度和加速度。其中，样条曲线拟合可以包括五次样条、B样条以及NURBS(Non Uniform Relational BSpline，非均匀关系B样条)等。

在一个具体的例子中，第一轨迹的起点是A，终点是B。在第一轨迹是处于笛卡尔空间的笛卡尔轨迹的情况下，直接依据与第一轨迹关联的融合半径，确定融合起点X在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

在另一个具体的例子中，如图1b所示，第一轨迹的起点是A，终点是B。在第一轨迹是处于关节空间的关节轨迹的情况下，首先依据与第一轨迹关联的融合半径r，确定融合起点X在关节空间的关节运动信息。进一步的，以融合起点为中心，在第一轨迹中确定设定数量的第一轨迹点，例如，在第一轨迹中融合起点的两侧分别确定第一轨迹点M1、N1以及P1、Q1。进一步的，可以将融合起点X和第一轨迹点M1、N1、P1和Q1映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的上述轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线。最终，基于拟合曲线，确定融合起点X在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

S120、依据第二轨迹和第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；第一轨迹所在空间与第二轨迹所在空间可以不同。

第二轨迹是与第一轨迹相接的后一轨迹，即机器人沿着第一轨迹运动结束后，进入第二轨迹并继续沿着第二轨迹运动。值得注意的是，第一轨迹所在空间与第二轨迹所在空间可以不同。例如，第一轨迹是处于关节空间的关节轨迹，第二轨迹处于笛卡尔空间的笛卡尔轨迹，又或者是，第一轨迹是处于笛卡尔空间的笛卡尔轨迹，第二轨迹是处于关节空间的关节轨迹。

本公开实施例中，在沿着第一轨迹进行运动规划过程中，检测到运动规划已经执行到第一轨迹的一半时，可以从轨迹池中继续获取与第一轨迹相邻的下一轨迹，即第二轨迹。为了将第一轨迹和第二轨迹进行融合，依据第二轨迹和第一融合半径，在第二轨迹上确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

具体的，在第二轨迹是笛卡尔空间的笛卡尔轨迹的情况下，可以直接依据第二轨迹以及第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，其中，笛卡尔运动信息是融合起点在笛卡尔空间的位姿、速度以及加速度信息。

在第二轨迹是关节空间的关节轨迹的情况下，首先可以依据第二轨迹以及第一融合半径，在第二轨迹中确定融合终点在关节空间的关节运动信息，其中，关节运动信息是融合终点在关节空间的位姿、速度以及加速度信息。进一步的，以融合终点为中心，在第二轨迹中获取设定数量的第二轨迹点，将所述融合终点和获取到的第二轨迹点映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的融合终点和第二轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线。最终，依据拟合曲线，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，其中，笛卡尔运动信息包括笛卡尔空间的位姿、速度和加速度。其中，样条曲线拟合可以包括五次样条、B样条以及NURBS(Non Uniform Relational B Spline，非均匀关系B样条)等。

在一个具体的例子中，第二轨迹的起点是B，终点是C。在第二轨迹是处于笛卡尔空间的笛卡尔轨迹的情况下，直接依据与第一融合半径，确定融合终点Y在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

在另一个具体的例子中，如图1c所示，第二轨迹的起点是第一轨迹的终点B，第二轨迹的终点是C。在第二轨迹是处于关节空间的关节轨迹的情况下，首先依据与第一融合半径，确定融合终点Y在关节空间的关节运动信息。进一步的，以融合终点为中心，在第二轨迹中确定设定数量的第二轨迹点，例如，在第二轨迹中融合终点的两侧分别确定第二轨迹点M2、N2以及P2、Q2。进一步的，可以将融合终点Y和第二轨迹点M2、N2、P2和Q2映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的上述轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线。最终，以及得到的拟合曲线，确定融合终点Y在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

S130、基于融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

本公开实施例中，在获取到融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息后，依据融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规格。

具体的，在获取到融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息后，可以继续以第一轨迹中当前规划的轨迹点为起点，以融合起点为终点继续进行第一轨迹的规划。进一步的，在完成第一轨迹的规划后，即规划已经进行到第一轨迹和第二轨迹的融合段时，可以继续以当前规划的轨迹点(处于融合段)为起点，以融合终点为终点，进行融合段的轨迹规划，直至完成融合段的轨迹规划。当然，在完成第一轨迹和第二轨迹之间融合段的轨迹规划后，可以继续对第二轨迹进行轨迹规划，实现机器人在第一轨迹和第二轨迹之间的平稳过渡。

本发明实施例的技术方案，依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，进而依据第二轨迹和第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，最终基于融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，通过将融合起点和融合终点均映射到笛卡尔空间，解决了无法对不同空间的轨迹进行平稳过渡问题，提升了机器人在经过两条轨迹之间过渡点时运行的稳定性。

实施例二

图2为本发明实施例二提供的一种轨迹融合方法的流程图，在上述实施例的基础上进一步细化，提供了依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息的具体步骤。下面结合图2对本发明实施例提供的一种轨迹融合方法进行说明，包括以下：

S210、在第一轨迹所在空间为关节空间的情况下，依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在关节空间的关节运动信息。

本公开实施例中，在第一轨迹所在空间是关节空间的情况下，首先依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在关节空间的关节运动信息。其中，融合起点位于第一轨迹，且融合起点距离第一轨迹的直线距离等于第一融合半径，融合起点的关节运动信息包括融合起点在关节空间的位姿、速度和加速度信息。

S220、以融合起点为中心，在第一轨迹中选取设定数量的第一轨迹点。

本公开实施例中，为了融合起点的关节运动信息映射到笛卡尔空间，得到融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。首先，以融合起点为中心，分别在第一轨迹中融合起点的两侧选择设定数据的第一轨迹点。

示例性的，第一轨迹的起点是A、终点是B，融合起点是位于第一轨迹且靠近终点B的轨迹点X。以融合起点X为中心，在第一轨迹中沿着XA方向和XB方向分别获取5个轨迹点作为第一轨迹点。

S230、将融合起点和第一轨迹点映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的融合起点和第一轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线。

本实施例中，为了将融合起点的运动信息映射到笛卡尔空间，将融合起点和设定数量的第一轨迹点映射到笛卡尔空间，得到轨迹点在笛卡尔空间的位姿。进一步的，将映射到笛卡尔空间的融合起点和第一轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线。

示例性的，将融合起点X以及融合起点X两侧的第一轨迹点映射到笛卡尔空间，得到轨迹点在笛卡尔空间的位姿。进一步的，通过B样条拟合，将第一轨迹点和融合起点拟合得到笛卡尔空间的拟合曲线。

S240、依据拟合曲线，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；笛卡尔运动信息包括笛卡尔空间的位姿、速度和加速度。

本实施例中，依据拟合曲线，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，具体的，依据拟合曲线，可以计算得到融合起点在笛卡尔空间的速度和加速度信息。至此，获取到了融合起点在笛卡尔空间的位姿、速度和加速度信息。

S250、依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

S260、基于融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

可选的，在轨迹规划过程中，依据用户输入的速度控制信息，调整轨迹规划过程中的插补周期。

本可选的实施例中，在轨迹规划过程进入到第一轨迹与第二轨迹的融合段时，若接收到用户输入的速度控制信息，则可能因为速度的变化，造成融合段轨迹的变形。此时，需要依据用户输入的速度控制信息，调整融合段轨迹规划过程中的插补周期，从而保证路径一致性。示例性的，在融合段轨迹规划过程中，用户将机器人运动速度由100％调整至10％，此时，可以将插补周期调整为原插补周期的1/10。

可选的，依据用户输入的速度控制信息，调整轨迹规划过程中的插补周期，包括：

依据用户输入的速度控制信息，采用非线性插值算法、比例积分微分PID算法以及均值滤波算法中的至少一项调整轨迹规划过程的插补周期。

本可选的实施例中，提供一种依据用户输入的速度控制信息，调整轨迹规划过程中的插补周期的具体方式：依据用户输入的速度控制信息，采用非线性插值算法、PID算法或者均值滤波算法调整轨迹规划过程的插补周期，以保证在用户进行速度调整时，保持融合段轨迹的一致性。

示例性的，在融合段轨迹规划过程中，用户将机器人运动速度由100％调整至10％，此时，可以通过PID算法，将插补周期调整为原插补周期的1/10。

本发明实施例的技术方案，在第一轨迹所在空间为关节空间的情况下，通过样条曲线拟合，获取融合起点在笛卡尔空间的拟合曲线，并获取融合终点在笛卡尔空间的运动信息，基于融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。一方面，通过样条曲线拟合的方式，将关节轨迹映射到笛卡尔空间，实现机器人在不同空间进行轨迹融合，另一方面，在轨迹规划过程中，依据用户输入的速度控制信息，调整轨迹规划过程中的插补周期，可以避免因速度调整引起的路径变化。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种轨迹融合方法的流程图，在上述实施例的基础上进一步细化，提供了在对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划之前以及基于融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划的具体步骤。下面结合图3对本发明实施例提供的一种轨迹融合方法进行说明，包括以下：

S310、依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

S320、依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

S330、依据融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息，对融合路段进行预前瞻规划，确定融合段中各融合轨迹点的速度和加速度。

本实施例中，为避免在轨迹规划过程中，出现机器人速度超出速度上限，造成任务执行失败甚至机器人损坏，可以在获取到融合起点和融合终点的笛卡尔运动信息后对融合路段进行预前瞻规划，来获取融合段中各融合轨迹点的速度和加速度。

预前瞻规划是指在真正进行融合段轨迹规划前，为了避免直接进行运动规划出现速度超限的情况，先执行一次轨迹规划。具体的，如果第一轨迹和/或第二轨迹属于关节空间的关节轨迹，则可以使用五次多项式进行预前瞻规划；若果第一轨迹和第二轨迹不涉及关节空间，均为笛卡尔空间的笛卡尔轨迹，则可以使用在线轨迹规划(On-Line TrajectoryGeneration，简称OTG)轨迹规划或者S形轨迹规划等方式进行预前瞻规划。

S340、在融合段中至少一个融合轨迹点的速度达到速度阈值和/或至少一个轨迹点的加速度达到加速度阈值的情况下，依据速度和加速度，确定速度缩放因子。

其中，速度缩放因子用于在进行实际轨迹融合过程中，对速度进行缩放，避免出现速度超限的情况。

本实施例中，在对融合段进行预前瞻规划过程中，如果至少一个融合轨迹点的速度达到速度阈值和/或至少一个轨迹点的加速度达到加速度阈值，则可以依据速度和加速度，确定速度缩放因子。具体的，速度阈值是Vmax，加速度阈值是Amax。对融合段进行预前瞻规划过程中，一个或者多个融合轨迹点的速度v大于Vmax，称为超速轨迹点，则可以分别计算各超速轨迹点的速度v与Vmax的差值，并依据差值确定速度缩放因子。示例性的，可以获取各超速轨迹点对应的差值，并依据最大差值来计算速度缩放因子。

同理，对融合段进行预前瞻规划过程中，一个或者多个融合轨迹点的加速度a大于Amax，称为超加速轨迹点，则可以分别计算各超加速轨迹点的加速度a与Amax的差值，并依据差值确定速度缩放因子。示例性的，可以获取各超加速轨迹点对应的差值，并依据最大差值来计算速度缩放因子。

S350、基于融合起点的笛卡尔运动信息、融合终点的笛卡尔运动信息以及速度缩放因子，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

本实施例中，在计算得到速度缩放因子后，基于融合起点的笛卡尔运动信息、融合终点的笛卡尔运动信息以及速度缩放因子，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。具体的，可以在进行轨迹规划时，将将规划得到的轨迹点速度与速度缩放因子相乘，避免因速度超限引起机器人任务执行失败的问题。

可选的，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，包括：在第一轨迹和第二轨迹中的至少一项所在空间是关节空间的情况下，采用多项式对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

本可选的实施例中，提供一种对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划的具体方式：在第一轨迹和第二轨迹中的至少一项所在空间时关节空间的情况下，采用多项式对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。示例性的，采用五次多项式进行轨迹规划。

可选的，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，还包括：在第一轨迹和第二轨迹所在空间均是笛卡尔空间的情况下，采用在线轨迹规划OTG对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

本可选的实施例中，提供一种对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划的具体方式：在第一轨迹和第二轨迹所在空间均是笛卡尔空间的情况下，采用OTG对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

本发明实施例的技术方案，首先依据融合起点和融合终点的笛卡尔运动信息对融合路径进行预前瞻规划，确定融合段中各融合轨迹点的速度和加速度，进而融合起点的笛卡尔运动信息、融合终点的笛卡尔运动信息以及速度缩放因子，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，可以避免融合段速度超速的问题，提高机器人运动稳定性。

实施例四

图4为本发明实施例四提供的一种轨迹融合方法的流程图，具体轨迹规划流程，包括以下：

S401、在轨迹池中获取第一轨迹，并对第一轨迹进行轨迹规划。

S402、判断第一轨迹是否关联有第一融合半径，若是，则执行S403，否则，继续执行对第一轨迹进行轨迹规划的操作。

S403、根据第一轨迹和第一融合半径，计算融合起点的运动信息。

S404、判断第一轨迹处于关节空间，若是，则执行S405，若否，则执行S406。

S405、通过样条拟合，将第一轨迹中包含融合起点的一部分映射到笛卡尔空间。

S406、获取融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

S407、判断第一轨迹是否规划超过一半，若是，执行S408，若否，则继续执行判断第一轨迹是否规划超过一半的操作。

S408、从轨迹池中获取第二轨迹，并根据第二轨迹和第一融合半径计算融合终点的运动信息。

S409、判断第二轨迹处于关节空间，若是，则执行S410，若否，则执行S411。

S410、通过样条拟合，将第二轨迹中包含融合终点的一部分映射到笛卡尔空间。

S411、获取融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息。

S412、根据融合起点和融合终点的笛卡尔运动信息，对融合段进行预前瞻规划。

S413、判断预前瞻规划过程中，是否速度超限，若是，则执行S414，若否，则执行S415。

S414、根据超速信息，确定速度缩放系数。

S415、根据速度缩放系数，以及融合起点的笛卡尔运动信息对第一轨迹的剩余部分进行轨迹规划(若无超速，则速度缩放系数置为1)。

S416、判断S415是否执行成功，若是，则执行S417，若否，则取消轨迹融合。

S417、继续执行当前轨迹规划。

S418、判断是否进入融合段，若是，则执行S419，若否，则继续执行S417。

S419、根据当前规划轨迹点的笛卡尔运动信息，以及融合终点的笛卡尔运动信息，进行融合段轨迹规划。

S420、响应于用户在融合段的速度调节控制，采用PID算法对插补周期进行调节。

S421、轨迹规划过程是否离开融合段，若是，则执行S422，若否，则返回执行S419。

S422、将第二轨迹作为新的第一轨迹，以当前规划的轨迹点为起点，新的第一轨迹的终点为终点，对新的第一轨迹进行轨迹规划，并返回执行S402。

本发明实施例的技术方案，依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，进而依据第二轨迹和第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，最终基于融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，通过将融合起点和融合终点均映射到笛卡尔空间，解决了无法对不同空间的轨迹进行平稳过渡问题，提升了机器人在经过两条轨迹之间过渡点时运行的稳定性。

实施例五

图5为本发明实施例五提供的一种轨迹融合装置的结构示意图。本实施例可适用于对处机器人轨迹进行轨迹融合的情况，尤其适用于对处于不同空间的轨迹进行轨迹融合的情况。该轨迹融合装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，并可集成于承载轨迹融合功能的电子设备中，例如服务器中。如图5所示，该装置包括：

第一运动信息确定模块510，用于依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；

第二运动信息确定模块520，用于依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；所述第一轨迹所在空间与第二轨迹所在空间可以不同；

融合段轨迹规划模块530，用于基于所述融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

本发明实施例的技术方案，依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，进而依据第二轨迹和第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，最终基于融合起点的笛卡尔运动信息和融合终点的笛卡尔运动信息，对第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，通过将融合起点和融合终点均映射到笛卡尔空间，解决了无法对不同空间的轨迹进行平稳过渡问题，提升了机器人在经过两条轨迹之间过渡点时运行的稳定性。

可选的，第一运动信息确定模块510，具体用于：

在所述第一轨迹所在空间为关节空间的情况下，依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在关节空间的关节运动信息；

以所述融合起点为中心，在所述第一轨迹中选取设定数量的第一轨迹点；

将所述融合起点和所述第一轨迹点映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的融合起点和第一轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线；

依据所述拟合曲线，确定所述融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；所述笛卡尔运动信息包括笛卡尔空间的位姿、速度和加速度。

可选的，轨迹融合装置，还包括：

预前瞻规划模块，用于依据所述融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对所述融合路段进行预前瞻规划，确定所述融合段中各融合轨迹点的速度和加速度；

速度缩放因子确定模块，用于在所述融合段中至少一个融合轨迹点的速度达到速度阈值和/或至少一个轨迹点的加速度达到加速度阈值的情况下，依据所述速度和加速度，确定速度缩放因子；

融合段轨迹规划模块530，具体用于：

基于所述融合起点的笛卡尔运动信息、所述融合终点的笛卡尔运动信息以及所述速度缩放因子，对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

可选的，轨迹融合装置，还包括：

插补周期调整模块，用于在轨迹规划过程中，依据用户输入的速度控制信息，调整轨迹规划过程中的插补周期。

可选的，插补周期调整模块，具体用于：

依据用户输入的速度控制信息，采用非线性插值算法、比例积分微分PID算法以及均值滤波算法中的至少一项调整轨迹规划过程的插补周期。

可选的，融合段轨迹规划模块530，还用于：

在所述第一轨迹和第二轨迹中的至少一项所在空间是关节空间的情况下，采用多项式对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

可选的，融合段轨迹规划模块530，还用于：

在所述第一轨迹和第二轨迹所在空间均是笛卡尔空间的情况下，采用在线轨迹规划OTG对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

本发明实施例所提供的轨迹融合装置可执行本发明任意实施例所提供的轨迹融合方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

实施例六

图6示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备10的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。

如图6所示，电子设备10包括至少一个处理器11，以及与至少一个处理器11通信连接的存储器，如只读存储器(ROM)12、随机访问存储器(RAM)13等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器11可以根据存储在只读存储器(ROM)12中的计算机程序或者从存储单元18加载到随机访问存储器(RAM)13中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 13中，还可存储电子设备10操作所需的各种程序和数据。处理器11、ROM 12以及RAM 13通过总线14彼此相连。输入/输出(I/O)接口15也连接至总线14。

电子设备10中的多个部件连接至I/O接口15，包括：输入单元16，例如键盘、鼠标等；输出单元17，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元18，例如磁盘、光盘等；以及通信单元19，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元19允许电子设备10通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理器11可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器11的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器11执行上文所描述的各个方法和处理，例如轨迹融合方法。

在一些实施例中，轨迹融合方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元18。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 12和/或通信单元19而被载入和/或安装到电子设备10上。当计算机程序加载到RAM 13并由处理器11执行时，可以执行上文描述的轨迹融合方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器11可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行轨迹融合方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、区块链网络和互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轨迹融合方法，其特征在于，包括：

依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；

依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；基于所述融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划；

所述依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，包括：

在所述第一轨迹所在空间为笛卡尔空间的情况下，直接依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；

在所述第一轨迹所在空间为关节空间的情况下，依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在关节空间的关节运动信息；

以所述融合起点为中心，在所述第一轨迹中选取设定数量的第一轨迹点；

将所述融合起点和所述第一轨迹点映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的融合起点和第一轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线；

依据所述拟合曲线，确定所述融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；所述笛卡尔运动信息包括笛卡尔空间的位姿、速度和加速度；

所述依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息，包括：在所述第二轨迹所在空间为笛卡尔空间的情况下，直接依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；

在所述第二轨迹所在空间为关节空间的情况下，依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在关节空间的关节运动信息；

以所述融合终点为中心，在所述第二轨迹中选取设定数量的第二轨迹点；

将所述融合终点和所述第二轨迹点映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的融合终点和第二轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线；

依据所述拟合曲线，确定所述融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；所述笛卡尔运动信息包括笛卡尔空间的位姿、速度和加速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划之前，还包括：

依据所述融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对所述融合段进行预前瞻规划，确定所述融合段中各融合轨迹点的速度和加速度；

在所述融合段中至少一个融合轨迹点的速度达到速度阈值和/或至少一个轨迹点的加速度达到加速度阈值的情况下，依据所述速度和加速度，确定速度缩放因子；

所述基于所述融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，包括：

基于所述融合起点的笛卡尔运动信息、所述融合终点的笛卡尔运动信息以及所述速度缩放因子，对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在轨迹规划过程中，依据用户输入的速度控制信息，调整轨迹规划过程中的插补周期。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依据用户输入的速度控制信息，调整轨迹规划过程中的插补周期，包括：

依据用户输入的速度控制信息，采用非线性插值算法、比例积分微分PID算法以及均值滤波算法中的至少一项调整轨迹规划过程的插补周期。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，包括：

在所述第一轨迹和第二轨迹中的至少一项所在空间是关节空间的情况下，采用多项式对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划，还包括：

在所述第一轨迹和第二轨迹所在空间均是笛卡尔空间的情况下，采用在线轨迹规划OTG对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划。

7.一种轨迹融合装置，其特征在于，包括：

第一运动信息确定模块，用于依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；

第二运动信息确定模块，用于依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；融合段轨迹规划模块，用于基于所述融合起点的笛卡尔运动信息和所述融合终点的笛卡尔运动信息，对所述第一轨迹和第二轨迹之间的融合段进行轨迹规划；

所述第一运动信息确定模块，具体用于：

在所述第一轨迹所在空间为笛卡尔空间的情况下，直接依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；

在所述第一轨迹所在空间为关节空间的情况下，依据第一轨迹和第一轨迹关联的第一融合半径，确定融合起点在关节空间的关节运动信息；

以所述融合起点为中心，在所述第一轨迹中选取设定数量的第一轨迹点；

将所述融合起点和所述第一轨迹点映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的融合起点和第一轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线；

依据所述拟合曲线，确定所述融合起点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；所述笛卡尔运动信息包括笛卡尔空间的位姿、速度和加速度；

所述第一运动信息确定模块，具体用于：

在所述第二轨迹所在空间为笛卡尔空间的情况下，直接依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；

在所述第二轨迹所在空间为关节空间的情况下，依据第二轨迹和所述第一融合半径，确定融合终点在关节空间的关节运动信息；

以所述融合终点为中心，在所述第二轨迹中选取设定数量的第二轨迹点；

将所述融合终点和所述第二轨迹点映射到笛卡尔空间，并将映射到笛卡尔空间的融合终点和第二轨迹点进行样条曲线拟合，得到笛卡尔空间的拟合曲线；

依据所述拟合曲线，确定所述融合终点在笛卡尔空间的笛卡尔运动信息；所述笛卡尔运动信息包括笛卡尔空间的位姿、速度和加速度。

8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-6中任一项所述的轨迹融合方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现权利要求1-6中任一项所述的轨迹融合方法。

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