机器人技术机器人的轨迹规划PPT学习教案.pptx

【机器人技术】\n\n机器人技术是现代科技领域中的一个重要分支，主要研究机器人的设计、制造、应用以及其控制系统的开发。机器人轨迹规划是其中的关键技术之一，涉及到机器人如何有效地在环境中移动，避免障碍，完成预设任务。\n\n【轨迹规划的层次】\n\n机器人规划通常分为高层规划和低层规划。高层规划，也称为自动规划，是从问题状态出发，寻找一系列行动以达到目标状态的过程，更关注解决问题的策略而非具体实施细节。高层规划用于确定机器人应该做什么，而低层规划，如机器人轨迹规划，则关注如何精确地执行这些动作。\n\n【自动规划】\n\n自动规划是机器人学中的重要问题求解技术，它从初始状态出发，通过一系列操作序列来达到目标状态。在机器人系统中，自动规划通常处理的是任务级别的描述，而不涉及具体的机器人运动细节。任务规划程序负责将任务级别的说明转化为机器人可以直接执行的操作级指令，这需要对任务环境、物体、机器人能力以及目标状态有详尽的理解。\n\n【任务规划的三个阶段】\n\n任务规划通常包括三个阶段：建立模型、任务说明和操作机程序综合。建立模型阶段涉及构建任务环境的世界模型，包括所有物体、机器人、连接件的几何和物理描述，以及机器人和传感器的特性。任务说明阶段定义了任务的具体要求，操作机程序综合阶段则将这些信息转化为实际的机器人程序。\n\n【机器人轨迹规划】\n\n机器人轨迹规划是低层规划的一部分，主要关注机器人运动的物理特性，如位移、速度和加速度。规划的目标是在满足动力学约束的同时，确保机器人沿着预设路径平滑、连续地移动。轨迹规划通常被视为一个“黑箱”过程，输入是路径约束，输出是关节或笛卡尔坐标系中的中间形态序列。\n\n【轨迹规划方法】\n\n两种常见的轨迹规划方法包括：\n1. 插值法：用户在路径的关键点上指定广义坐标的位置、速度和加速度约束，然后轨迹规划器生成满足这些约束的参数化轨迹。\n2. 解析函数法：用户直接给出笛卡尔坐标中的路径，规划器则在关节或笛卡尔坐标中找到一条接近给定路径的轨迹。\n\n这两种方法各有优缺点，插值法可能难以避免与障碍物碰撞，而解析函数法则需要将笛卡尔路径转换为关节坐标路径，增加了计算复杂性。\n\n【空间坐标系选择】\n\n轨迹规划可以在关节变量空间或笛卡尔空间中进行。关节变量空间规划涉及关节变量的时间函数及其导数，而笛卡尔空间规划则直接规划手部的位置、速度和加速度，关节位置等信息则由此推导得出。\n\n总结来说，机器人技术中的轨迹规划是机器人自主行动的基础，涉及到高层和低层规划的协同工作，以及在不同坐标系中的路径规划策略，旨在确保机器人能高效、安全地执行各种复杂的任务。