【移动机器人运动规划】1 简介

1 简介

文章目录

  • [1 简介](#1 简介)
    • [1.1 什么是自主机器人](#1.1 什么是自主机器人)
    • [1.2 什么是运动规划](#1.2 什么是运动规划)
    • [1.3 前端:路径发现](#1.3 前端:路径发现)
    • [1.4 后端:轨迹生成](#1.4 后端:轨迹生成)
    • [1.5 MDP 和 MPC](#1.5 MDP 和 MPC)

1.1 什么是自主机器人

  • Definition: an autonomous robot is a robot that performs behaviors or tasks with a high degree of autonomy (without external influence)

  • Perception-Planning-Control action loop

1.2 什么是运动规划

  1. 基本要求
    • 安全:避免碰撞
    • 光滑性:节约能量, 舒适
    • 运动-动力学可行性:可执行、可控
  2. Old-school pipeline
    • 前端 path finding
      • 搜索初始安全路径
      • 低维
      • 离散空间
    • 后端 trajectory generation
      • 搜索可行轨迹
      • 高维
      • 连续空间

1.3 前端:路径发现

  1. 基于搜索的路径发现
    • 图搜索基础
    • Dijkstra 和 A*
    • 跳点算法 Jump Point Search
  2. 基于采样的路径发现
    • 概率路线图 Probabilistic Road Map
    • 快速采样随机树 Rapidly-exploring Random Tree
    • Optimal Sampling-based Methods
    • Advanced Sampling-based Methods
  3. 满足运动-动力学要求的路径发现
    • State-state Boundary Value Optimal Control Problem
    • State Lattice Search
    • Kinodynamic RRT*
    • Hybrid A*

1.4 后端:轨迹生成

  1. MINIMUM SNAP TRAJECTORY GENERATION
    • Differential Flatness
    • Minimum Snap Optimization
    • Closed-form Solution to Minimum Snap
    • Time Allocation
    • Implementation in Practice
  2. SOFT AND HARD CONSTRAINED TRAJECTORY OPTIMIZATION
    • 软约束轨迹优化 Soft Constrained Trajectory Optimization
    • 硬约束轨迹优化 Hard Constrained Trajectory Optimization

1.5 MDP 和 MPC

  1. 基于马尔可夫决策过程的规划
    • Uncertainties in Planning and MDP
    • Minimax Cost Planning and Expected Cost Minimal Planning
    • Value Iteration and Real-Time Dynamic Programming
  2. 机器人规划的模型预测控制
    • Linear MPC
    • Non-linear MPC
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