《中国科学技术大学自动化系机器人概论课件-第5章 机器人规划》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中国科学技术大学自动化系机器人概论课件-第5章 机器人规划（141页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、School of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTC1 第第5 5章章 机器人规划机器人规划 关胜晓关胜晓 School of Information Science and Technology, USTCSchool of Information
2、Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTC2 第第5 5章章 机器人规划机器人规划 5.1 5.1 5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 5.2 5.2 机器人机器人路径和生成路径和生成 5.3 5.3 5.3 5.3 插补方法插补方法 5.4 5.4 5.4 5.4 关节空间关节空间轨迹轨迹规划规划 5.5 5.5 5.5 5.5 机器人手部路径的轨迹规划机器人手部路径的轨迹规
3、划 5.6 5.6 5.6 5.6 移动机器人轨迹规划移动机器人轨迹规划 5.75.75.75.7 机器人工作空间机器人工作空间 5.8 5.8 5.8 5.8 移动机器人定位与地图移动机器人定位与地图 School of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, US
4、TC3 5.1 5.1 概述概述 机器人机器人规划规划 所谓机器人的规划所谓机器人的规划, , , , 是指机器人根据自身的是指机器人根据自身的“ “ “ “任务任务” ” ” ”, , , ,求得完成求得完成 这一任务的方法的过程这一任务的方法的过程。 School of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information
5、Science and Technology, USTC4 5.1 5.1 概述概述 机器人机器人规划规划 服务机器人在接受主人服务机器人在接受主人“ “ “ “给我倒杯开水给我倒杯开水给我倒杯开水给我倒杯开水” ” ” ”的命令之后的命令之后，机器人机器人 如何完成这一任务如何完成这一任务? ? ? ? School of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology,
6、USTCSchool of Information Science and Technology, USTC5 5.1 5.1 概述概述 机器人机器人规划规划 给我倒杯水给我倒杯水 取一个杯子取一个杯子 找到水壶找到水壶 打开壶塞打开壶塞 将水倒入杯中将水倒入杯中 将水递给主人将水递给主人 提起水壶到杯提起水壶到杯 口上方口上方 将水壶慢慢倾将水壶慢慢倾 斜斜 确定杯中水满确定杯中水满 将水壶竖直将水壶竖直 将水壶放回原将水壶放回原 处处 手部手部移动移动A A A AB B B B 关节运动关节运动 School of Information Science and Technology,
7、USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTC6 5.1 5.1 概述概述 机器人机器人规划规划 任务规划任务规划 动作规划动作规划 轨迹规划轨迹规划 总体任务总体任务 子任务子任务 动作顺序动作顺序 关节运动规律关节运动规律 School of Information Science and Technology, USTCSchoo
8、l of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTC7 5.1 5.1 概述概述 机器人机器人规划规划 规规 划划 控控 制制 机机 器器 人人 本本 体体 要求的任务要求的任务 期望的运期望的运 动和力动和力控制作用控制作用 实际的运实际的运 动和力动和力 人人 机机 接接 口口 机器人规划的实现流程机器人规划的实现流程 School of Informat
9、ion Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTC8 5.1 5.1 概述概述 机器人机器人规划规划 机器人的规划是分层次的机器人的规划是分层次的 任务规划任务规划 动作规划动作规划 轨迹规划轨迹规划 智能化程度越高智能化程度越高, , , , 规划的层数越多规划的层数越多, , ,
10、,用户操作越简单用户操作越简单 一般的工业机器人一般的工业机器人，以轨迹规划为主以轨迹规划为主，高层的规划由高层的规划由 人工完成人工完成。 School of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTC9 5.1 5.1 概述概述 必须首先了解机器人必须首先了
11、解机器人轨迹与路径的概念轨迹与路径的概念 轨迹轨迹( ( ( (T T T Trajectory)rajectory)rajectory)rajectory) 机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的位移、速度和加机器人轨迹泛指工业机器人在运动过程中的位移、速度和加 速度。速度。 路径（路径（PathsPathsPathsPaths） 个体在时空间活动个体在时空间活动所形成所形成的的曲线，不具有时间的要求。曲线，不具有时间的要求。 School of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and
12、 Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTC10 5.1 5.1 概述概述 轨迹规划轨迹规划 机器人在作业空间要完成给定的任务，其机器人在作业空间要完成给定的任务，其本体或本体或手部运动必须手部运动必须 按一定的轨迹按一定的轨迹( ( ( (T T T Trajectory)rajectory)rajectory)rajectory)进行。进行。 求取机器人的手部或关节求取机器人的手部或关节（车轮）（车轮）
13、从某一位置从某一位置( (经由某些位置经由某些位置) ) 到另一位置的运动规律的过程到另一位置的运动规律的过程。 轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个点，将其经运动学轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个点，将其经运动学逆逆 解映射到关节空间，对关节空间中的相应点建立运动方程，然解映射到关节空间，对关节空间中的相应点建立运动方程，然 后按这些运动方程对关节进行插值，从而实现作业空间的运动后按这些运动方程对关节进行插值，从而实现作业空间的运动 要求，这一过程通常称为轨迹规划。要求，这一过程通常称为轨迹规划。 轨迹规划还包括轨迹生成的控制问题，即轨迹计算的速率，即轨迹规划还包括轨迹生成的控制问题，即
14、轨迹计算的速率，即 路径更新率，通常要求路径更新率，通常要求6002000Hz6002000Hz6002000Hz6002000Hz。 School of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTC11 5.1 5.1 概述概述 路径规划路径规划 路径规划本质上
15、是由一些碰撞检测或避障组成的。路径规划本质上是由一些碰撞检测或避障组成的。 包含如下方面包含如下方面(Latombe(Latombe，1991)1991)： 在移动障碍物之间计算出无碰路径；在移动障碍物之间计算出无碰路径； 协调几个机器协调几个机器人人之间的运动；之间的运动； 获取物体之间的精确关系；获取物体之间的精确关系； 分析基于传感信息所做的运动策略的不稳定性；分析基于传感信息所做的运动策略的不稳定性； 处理物理模型的特性以及机器人对物体的抓取。处理物理模型的特性以及机器人对物体的抓取。 School of Information Science and Technology, USTC
16、School of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTCSchool of Information Science and Technology, USTC12 5.1 5.1 概述概述 路径规划路径规划 对移动机器人路径规划系统的主要要求是：对移动机器人路径规划系统的主要要求是： (1)(1)(1)(1)在环境地图中寻找一条路径，机器人沿该路径移动时不与在环境地图中寻找一条路径，机器人沿该路径移动时不与 外界发生碰撞；外界发生碰撞； (2)(2)(2)(2)能够处理用传感器感知的环境模型中的不确定因素和路径能够处理用传感器感知的环境模型中的不确定因素和路径 执行中出现的误差；执行中出现的误差； (3)(3)(3)(3)通过使机器人避开外界物体而使其对机器人传感器感知范通过使机器人避开外界物体而使其对机器人传感器感知范 围的影响降到最小；围的影响降到最小； (4)(4)(4)(4)能够按照需
