《机器人学及其应用--导论》课件 第五章 机器人规划与人机交互.pptx

《机器人学及其应用—导论》

第五章机器人规划与人机交互

提纲

任务规划

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轨迹规划

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一、任务规划

规划是一种重要的问题求解技术，它从某个特定的问题状态出发，寻求一系列行为动作，并建立一个操作序列，直到求得目标状态为止。

规划可用来监控问题求解过程，并能够在造成较大的危害之前发现差错。规划的好处可归纳为简化有哪些信誉好的足球投注网站、解决目标矛盾以及为差错补偿提供基础。

一、任务规划

一个服务机器人在接受主人“给我倒一杯开水”的命令之后,机器人如何完成这一任务?

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一、任务规划

机器人得到的任务有时是复杂的，是无法一步解决的，而任务规划的目的就是将某些比较复杂的问题分解为一些比较小的问题，并进一步分解为机器人可执行的动作。

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一、任务规划

机器人的规划是分层次的，从高层的任务规划，动作规划到手部轨迹规划和关节轨迹规划。

智能化程度越高,规划的层数越多,用户操作越简单。

机器人的规划是分层次的：

任务规划

运动规划

轨迹规划

提纲

任务规划

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轨迹规划

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二、机器人运动规划方法

运动规划概念

机器人运动规划要完成的功能一般包括两层：

第一层即路径规划，移动机器人在具有障碍物环境中按照一定的评价标准，寻找一条从起始状态（包括位置和姿态）到目标状态（包括位置和姿态）的无碰路径。

第二层即跟踪控制，要求移动机器人依据路径规划得到路径解，设计控制量序列驱动机器人安全快速地移动到目标点。

该机器人是由日本川田工业株式会社生产的，首台机器人已运至空客PuertoReal工厂，并将被集成在A380方向舵装配台上。该机器人将和普通人类员工一起进行铆接工作。

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二、机器人运动规划方法

运动规划分类及常用算法

按照环境建模方式和有哪些信誉好的足球投注网站策略的异同，可将规划方法大致上分成三类：

基于自由空间几何构造的规划方法有可视图、切线图、Voronoi图以及精确（近似）栅格分解等方法。

前向有哪些信誉好的足球投注网站算法是从起始点出发向目标点有哪些信誉好的足球投注网站的算法，常用的包括贪心算法、Dijkstra算法、A*算法以及人工势场法等。

基于随机采样的规划始于1990年Barraquand和Latombc提出的RPP（randomizedpotentialplanner）规划算法，用于克服人工势场法存在的局部极小和高维姿态空间中规划时存在的效率问题。

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二、机器人运动规划方法

基于几何构造的常用算法

图形的构建有多种方法。典型的有可视性图法、沃罗诺伊图法、精确单元分解法与近似单元分解法。

可视图法

Voronoi法

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二、机器人运动规划方法

栅格分解法

将机器人的工作空间分解为多个简单的区域,一般称为栅格。

由这些栅格构成一个显式的连通图,或在有哪些信誉好的足球投注网站过程中形成隐式的连通图,然后在图上有哪些信誉好的足球投注网站一条从起始栅格到目标栅格的路径。

图中灰色区域为障碍物

图中黄色的路线表示该算法得到的最优路径

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二、机器人运动规划方法

人工势场法

基本思想：引入一个称为势场的数值函数描述机器人空间的几何结构,

通过有哪些信誉好的足球投注网站势场的下降方向来完成运动规划。

势场分为两部分:目标位姿产生的吸引势和障碍物产生的排斥势。

障碍物对机器人施加排斥力，目标点对机器人施加吸引力合力形成势场，机器人移动就像球从山上滚下来一样

机器人在合力作用下向目标点移动

提纲

任务规划

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轨迹规划

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三、轨迹规划

轨迹规划的概念

机器人在作业空间完成给定的任务，其手部运动必须按一定的轨迹进行。

轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个点，将其经运动学反解映射到关节空间，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要求，这一过程通常称为轨迹规划。

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三、轨迹规划

机器人轨迹规划过程

机器人轨迹控制过程

安川机器人刀法

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三、轨迹规划

关节空间插补

三次多项式插补

在机器人运动过程中，若末端执行器的起始和终止位姿已知，由逆向运动学即可求出对应于两位姿的各个关节角度。

末端执行器实现两位姿的运动轨迹描述可在关节空间中用通过起始点和终止点关节角的一个平滑轨迹函数

(t)来表示。

为实现系统的平稳运动，每个关节的轨迹函数

(t)至少需要满足四个约束条件，即两端点位置约束和两端点速度约束。

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三、轨迹规划

关节空间插补

三次多项式插补

在操作臂运动的过程中，由于相应于起始点的关节角度0是已知的．而终止点的关节角f可以通过运动学反解得到，因此，运动轨迹的描述，可用起始点关节角与终止点关节角度的一个平滑插值函数

(t)来表示。

(t)在t0=0时刻的值是起始关节角度0，终端时刻tf的值是终止关节角度f。