机器人轨迹规划实验ppt课件

53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
ห้องสมุดไป่ตู้
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
机器人运动学动力学轨迹规划
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克

中某个方向上的支路数目即并联电阻多少
来反映。根据欧姆定律和电的基本性质，
在电路中电阻最小的支路上电流最大，而
串联电阻少且并联电阻多的支路即最大电 流通路。
• 优点：在规划最短路径的同时考虑了路径 宽度
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运动控制
• 基于路径规划的移动机器人路径跟踪控制
– 非完整控制系统的镇定方法
• 非连续定常镇定化 • 时变镇定化
移动机器人路径规划技术
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体系结构
• 基于功能的分层式体系结构
– 功能：感知->建模->规划->行动
• 基于(传感器)行为的反应式体系结构
– 如Brooks包容式体系结构 – 机器人行为控制器构造优化方法
• 基于模糊逻辑及神经网络的监督学习 • 基于传感器信息的局部运动规划
• (前两种)混合式
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基于模糊逻辑的方法
• 模糊逻辑：构造二维隶属度函数，模糊综 合评价
• 该方法在环境未知或发生变化的情况下， 能够快速而准确地规划机器人路径，对于 要求较少规划时间的机器人是一种良好的 导航方法。
• 缺点是当障碍物数目增加时，该方法的计 算量会很大，影响规划结果
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基于神经网络的方法
• 衍生算法：退火遗传算法、改进遗传算子等
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其它智能机器人路径规划方法
• 蚂蚁算法：一种全局优化算法，模仿蚂蚁 搜索食物的行为，是一种通用型随机优化 方法
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基于电路地图的路径规划方法
• 将环境建模成电路图。规划路径与电流相 似，即路径的长度以电路中某条通路中串
联电阻的多少来反映，路径的宽度以电路

轨迹规划的基本概念 Nhomakorabea路径与轨迹
路径定义为机器人位形的一个特定序列，而不考 虑机器人位形的时间因素。 轨迹则强调何时到达路径中每一点，强调时间性。

关节空间与直角坐标空间描述
关节空间描述：已知关节的起始点、中间点、终止点参数，求关节 变量随时间的变化关系。 直角坐标空间描述：已知机器人手坐标系运动路径或轨迹，求各关 节变量随时间的变化关系。 直角坐标空间轨迹规划需要转 化为关节空间轨迹规划后才能 够实施。 转化的具体方法是，取若干中间 点，并依次计算逆运动学方程， 求出各关节对应点关节参数。
关节空间轨迹规划关节空间轨迹规划对关节加速度要求较高直角坐标空间轨迹规划直角坐标空间轨迹规划经过中间点的直角坐标空间轨迹规划关节空间轨迹规划三次多项式轨迹规划初始和终止时刻的位移和速度为已知具有四个已知参数因此可以确定一个三次多项式
第五章 轨迹规划

轨迹规划的基本原理 关节空间轨迹规划 直角坐标空间轨迹规划
高次多项式运动轨迹
对于存在中间点的情况，如果不知道中间点全部运动参数， 则可以采用更高次多项式轨迹规划，把两段独立的轨迹规 划方程合并成一个阶次更高的方程。
(t ) c0 c1t c2t cn1t
2
n1
cn t
n
高次多项式轨迹规划
随着阶次的增高，计算量明显增大； 解决的办法是：还要把高次多项式化为多个低阶次 的多项式。使所有低阶次多项式的未知变量数与所有 给定已知条件相等，并尽量减小不同多项式的阶次差。 相邻的多项式之间满足位置、速度、加速度连续性 约束条件。
特点：
f
1、中间段为恒速运动；
B A i
B A tb tf -tb tf

可得机器人所受合力为： Ftotal =Fatt + Fobs
(7-5)
这样，我们就在环境地图中定义了机器人的引力场
因此，机器人的路径规划问题被转化为点在引力场中的运动问题。
而点在引力场中的运动问题在物理学和数学中已经研究得非常清楚，可以 比较方便地进行求解。
算法优点：
①简单方便，可以实时规划控制，并能考虑多个障碍，连续移动。
因此，移动机器人路径规划可以简化为在扩张了障碍物的地图上，点机器 人的路径规划问题。
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障碍点 O Fatt
目标点 G
人工势场方法
机器人
位置点 p
Ftotal
人工势场的根本思想是构造目标位置引力场和 障碍物周围斥力场共同作用下的人工势场。
搜索势函数的下降方向来寻找无碰撞路径。
下面给出各种势场的定义
①目标引力场
为了完成整个运动，工具坐标系必须通过中间点所描述的一系列过渡位姿。
称路径的起点、中间点和终点为路径点。 通常都期望机械臂的运动过程是平滑的，因此一般要求规划的路径是光滑
的，至少具有连续的一阶导数，甚至要求二阶导数也是连续的。
一阶导数对应机械臂的运动速度，二阶导数对应加速度。
光滑性要求就是要使机械臂的运动更加平稳，防止突然的剧烈加速或者
缺点： ①栅格粒度影响较大。划分细时，存贮大和搜索时间长。 ②得到的是折线，需要光滑处理。
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机械臂路径规划
在实际问题当中，一般用工具坐 标系{T}相对工作台坐标系{S}的运动 来描述机械臂的运动。
当用工具坐标系{T}相对工作台坐标系{S}的运动来描述机械臂的路径时， 使得路径规划与具体的机械臂、末端执行器和工件相别离。
机器人按此路径运动。 图7-3给出了栅格法路径规划的示意图。

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五、人工势场法
第五章 机器人路径规划
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第五章 机器人路径规划
五、人工势场法 2.人工势场法的两个问题：
（1)非点形障碍物
普通的障碍物的形状不是一个点，如何确定一个障碍物对机器 人的排斥力呢？
方案1：计算障碍物内所有点斥力的合力。 方案2：用离障碍物最近的点进行计算。
（2)死锁（dead lock）现象
上图中灰色区域为障碍物
. 上图黄色路线为该算法得到的最优路1径1
第五章 机器人路径规划
五人工势场法是一种虚拟力法。它模仿引力斥力下的物体运动， 目标点和运动体间为引力，运动体和障碍物间为斥力，通过建立 引力场斥力场函数进行路径寻优。优点是规划出来的路径平滑安 全、描述简单等，但是存在局部最优的问题，引力场的设计是算 法能否成功应用的关键。
随机覆盖法不用定位、也没有环境地图，也无法对 路径进行规划，所以其移动路径基本依赖于内置的算法， 算法的优劣也决定了其清扫质量与效率的高低。
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二、扫地机器人——ROOMBA
第五章 机器人路径规划
随机覆盖法不用定位、也没有环境地图，也无法对 路径进行规划，所以其移动路径基本依赖于内置的算法， 算法的优劣也决定了其清扫质量与效率的高低。
器人真正与环境中的物体产生碰撞，也非
毫无章法的在地板上随机移动。随机覆盖法是指机器人根据一定的
移动算法，如三角形、五边形轨迹尝试性的覆盖作业区，如果遇到
障碍，则执行对应的转向函数。这种方法是一种以时间换空间的低
成本策略，如不计时间可以达到 1. 00%覆盖率。
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二、扫地机器人——ROOMBA
第五章 机器人路径规划
1.基于先验完全信息的是全局路径规划；全局路径规划 属于静态规划( 又称离线规划)。全局路径规划需要掌握所 有的环境信息，根据环境地图的所有信息进行路径规划。