【2018.04.19 ROS機器人作業系統】機器人控制:運動規劃、路徑規劃及軌跡規劃簡介之一

waitingdeng發表於2018-04-19

參考資料及致謝

本文的絕大部分內容轉載自以下幾篇文章,首先向原作者致謝,希望自己能在這些前輩們的基礎上能有所總結提升。

1. 運動規劃/路徑規劃/軌跡規劃的聯絡與區別

https://blog.csdn.net/wx545644217/article/details/54175035

一、基本概念

運動規劃Motion Planning

路徑規劃Path Planning

軌跡規劃Trajectory Planning

運動規劃由路徑規劃(空間)和軌跡規劃(時間)組成,連線起點位置和終點位置的序列點或曲線稱之為路徑,構成路徑的策略稱之為路徑規劃。 

路徑規劃是運動規劃的主要研究內容之一。

路徑是機器人位姿的一定序列,而不考慮機器人位姿引數隨時間變化的因素。

路徑規劃(一般指位置規劃)是找到一系列要經過的路徑點,路徑點是空間中的位置或關節角度,而軌跡規劃是賦予路徑時間資訊。 

運動規劃,又稱運動插補,是在給定的路徑端點之間插入用於控制的中間點序列從而實現沿給定的平穩運動。

運動控制則是主要解決如何控制目標系統準確跟蹤指令軌跡的問題,即對於給定的指令軌跡,選擇適合的控制演算法和引數,產生輸出,控制目標實時,準確地跟蹤給定的指令軌跡。 

路徑規劃的目標是使路徑與障礙物的距離儘量遠同時路徑的長度儘量短;

軌跡規劃的目的主要是機器人關節空間移動中使得機器人的執行時間儘可能短,或者能量儘可能小。

軌跡規劃在路徑規劃的基礎上加入時間序列資訊,對機器人執行任務時的速度與加速度進行規劃,以滿足光滑性和速度可控性等要求。

下面要劃重點了:

另外,根據無人駕駛車輛的模型預測控制一書中的內容,路徑與軌跡、路徑規劃與軌跡規劃、路徑跟蹤和軌跡跟蹤的聯絡和區別如下:

對於智慧車輛而言,全域性路徑點只要包含空間位置資訊即可,也可以包含姿態資訊,而不需要與時間相關,但區域性規劃時,則可以考慮時間資訊。

這裡規定軌跡點也是一種路徑點,即當路徑點資訊中加入時間約束,就可以被稱為軌跡點。

從這個角度理解,軌跡規劃就是一種路徑規劃,當路徑規劃過程要滿足無人車輛的縱向和橫向動力學約束時,就成為軌跡規劃。

路徑規劃和軌跡規劃既可以在狀態空間中表示,也可以在笛卡爾座標系中表示。

路徑跟蹤過程中,參考路徑曲線可與時間引數無關,跟蹤控制時,可以假設無人車輛以當前速度勻速前進,以一定的代價規則使行駛路徑趨近於參考路徑;

而軌跡跟蹤時,參考路徑曲線與時間和空間均相關,並要求無人車輛在規定的時間內到達某一預設好的參考路徑點。

路徑跟蹤不同於軌跡跟蹤,不受制於時間約束,只需要在一定誤差範圍內跟蹤參考路徑。

路徑跟蹤中的運動控制就是尋找一個有界的控制輸入序列,以使無人車輛從一個初始位置到設定的期望位置。

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