机器人运动控制与规划绪论（英文）.pdf

机器人运动控制与规划是研究机器人在物理世界中完成任务时必须决定采取哪些运动的关键学科。这包括为机器人规划无碰撞的路径，同时考虑其自主性需求以及在仿真软件中帮助设计工作单元以确定执行特定任务的机器人路径。机器人运动控制与规划要求跨学科的知识，研究可以追溯到20世纪60年代末期，计算机控制机器人的早期发展阶段。然而，大部分的研究是在80年代进行的，J.C. Latombe的书籍《机器人运动规划》是该领域的参考文献。 机器人的位置（配置）通常由一组变量描述。对于移动机器人，这些变量通常是机器人在平面上的位置和方向（即3个变量）。对于关节型机器人（机械臂），这些变量是机器人手臂各个关节的位置。因此，机器人的一种运动可以被视为配置空间中的路径。这种路径应该保持在没有机器人与障碍物碰撞的配置子空间中，即所谓的自由空间。运动规划问题要求有效地找出穿过自由空间的路径。运动规划可以分为两大类。当所有自由度可以独立变化时（如在完全驱动的手臂中），我们谈论的是全向运动规划。在这种情况下，无碰撞路径的存在由自由空间中存在一个连通分量来表征。 在工业机器人编程系统中，运动规划的能力仍然非常有限。然而，随着机器人技术的发展，特别是在太空探索、海底作业、危险环境干预、服务机器人等领域，运动规划在必要时为机器人提供必要的自主性，成为机器人仿真软件的一个基本问题。 《机器人运动规划与控制》这本书的编辑是Jean-Paul Laumond，属于LAAS报告97438，之前以《控制与信息科学讲义》229卷的形式出版。本书由Springer出版社出版，书号为ISBN 3-540-76219-1，1998年出版，共343页。书中包含了对机器人如何决定执行哪些运动以完成物理世界中的任务的讨论，以及如何在各种不同环境下，如太空探索和水下工作等，提供一个更加全面的机器人运动控制与规划的概览。 这本书涉及的核心内容包括机器人运动规划和控制的基础知识，特别是在机器人仿真软件设计和实际应用中的重要性。此外，书中还涵盖了机器人如何在现实环境中获得必要的自主性，这在空间探索、水下作业、危险环境干预和服务机器人领域尤为重要。《机器人运动规划与控制》强调了机器人配置空间的概念，配置空间是机器人可能处于的所有配置的抽象空间。在这一空间中，运动规划问题转化为在自由空间中找到有效的路径，同时避免机器人与障碍物发生碰撞。 此外，书中还可能涉及了机器人运动规划的基本分类，包括全向运动规划和其他类型，比如非全向运动规划。全向运动规划是当所有自由度可以独立变化时的情况，而在非全向系统中，某些自由度可能需要协调运动。书中还可能探讨了机器人路径规划算法，以及如何在配置空间中考虑不同类型的约束，如避障、目标可达性以及机器人动力学等。 对于想要深入理解机器人运动控制与规划的人来说，该书提供了一个全面的视角，覆盖了从基础概念到实际应用，再到未来研究趋势的各个层面。它是机器人技术领域的学者和工程师在设计和实现机器人系统时的重要参考书。