機(jī)器人軌跡規(guī)劃課件

口第七章機(jī)器人的軌跡規(guī)7.1機(jī)器人規(guī)劃的定義和作用711概述機(jī)器人學(xué)中的一個基本問題是為解決某個預(yù)定的任務(wù)而規(guī)劃機(jī)器人的動作,然后在機(jī)器人執(zhí)行完成那些動作所需的命令時控制它。這里,規(guī)劃的意思就是機(jī)器人在行動前確定一系列動作(作決策),這種動作的確定可用問題求解系統(tǒng)來解決,給定初始情況后,該系統(tǒng)可達(dá)到某一規(guī)定的目標(biāo)。因此,規(guī)劃就是指機(jī)器人為達(dá)到目標(biāo)而需要的行動過程的描述規(guī)劃內(nèi)容可能沒有次序,但是一般來說,規(guī)劃具有某個規(guī)劃目標(biāo)的蘊(yùn)含排序。例如,早晨起床后的安排。缺乏規(guī)劃可能導(dǎo)致不是最佳的問題求解,甚至得不到問題的求解許多規(guī)劃所包的步驟是含糊的,而且需要進(jìn)一步說明(子規(guī)劃)。大多數(shù)規(guī)劃具有很大的子規(guī)劃結(jié)構(gòu),規(guī)劃中的每個目標(biāo)可以由達(dá)到此目標(biāo)的比較詳細(xì)的子規(guī)劃所代替。因此,最終得到的規(guī)劃是某個問題求解算符的線性或分部排序,但是由算符來實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)常常具有分層結(jié)構(gòu)把某些比較復(fù)雜的問題分解為一些比較小的問題的想法使我們應(yīng)用規(guī)劃方法求解問題在實(shí)際上成為可能。有兩條能夠?qū)崿F(xiàn)這種分解的重要途徑:第一條是當(dāng)從一個問題狀態(tài)移動到下一個狀態(tài)時,無需計算整個新的狀態(tài),而只要考慮狀態(tài)中可能變化了的那些部分。第二條是把單一的困難問題分割為幾個有希望的、較為容易解決的子問題,這種分解能夠使困難問題的求解變得容易些。機(jī)器人規(guī)劃分為高層規(guī)劃和低層規(guī)劃。自動規(guī)劃在機(jī)器人規(guī)劃中稱為高層規(guī)劃。在無特別說明時,機(jī)器人規(guī)劃都是指自動規(guī)劃。自動規(guī)劃是一種重要的問題求解技術(shù),它從某個特定的問題狀態(tài)出發(fā),尋求一系列行為動作,并建立一個操作序列,直到求得目標(biāo)狀態(tài)為止。與一般問題求解相比,自動規(guī)劃更注重于問題的求解過程,而不是求解結(jié)果我們在闡述機(jī)器人自動規(guī)劃問題時,機(jī)器人一般配備有傳感器和一組能在某個易于理解的現(xiàn)場中完成的基本動作。這些動作可把該現(xiàn)場從一種狀態(tài)或布局變換為另一種狀態(tài)或布局。例如,“積木世界F(C.AT)wE(B.x.AMONEC.;小ovE、,|wNE,c.7.機(jī)器人能得到的一個解答是由下面的算符序列組成的MOVE(C,A,T),MOVE(B,T,C),MOVE(A,T,B)機(jī)器人規(guī)劃是機(jī)器人學(xué)的一個重要研究領(lǐng)域,也是人工智能與機(jī)器人學(xué)一個令人感興趣的結(jié)合點(diǎn)7.1.2機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃的作用機(jī)器人的規(guī)劃程序只需要給定任務(wù)初始狀態(tài)和最終狀態(tài)的描述。這些規(guī)劃系統(tǒng)一般都不說明為實(shí)現(xiàn)一個算符所需的詳細(xì)的機(jī)器人運(yùn)動。任務(wù)規(guī)劃程序則把任務(wù)級的說明變換成操作機(jī)級的說明。為了進(jìn)行這種變換,任務(wù)規(guī)劃程序必須包含被操作物體、任務(wù)環(huán)境、機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)、環(huán)境的初始狀態(tài)和所要求的最終(目標(biāo))狀態(tài)等描述。任務(wù)規(guī)劃程序的輸出就是一個機(jī)器人程序,在指定的初始狀態(tài)下執(zhí)行該程序后,就能達(dá)到所要求的最終狀態(tài)。任務(wù)規(guī)劃有三個階段:建立模型、任務(wù)說明和操作機(jī)程序綜合。任務(wù)的世界模型應(yīng)含有如下的信息:(1)任務(wù)環(huán)境中的所有物體和機(jī)器人的幾何描述;(2)所有物體的物