动作生成是将离散的任务指令转化为符合物理定律的连续时变轨迹的关键环节。
其核心挑战在于如何在毫秒J时间内,在满足机械臂几何约束、运动学奇异性规避及
动力学可行性的多重边界下,求解出Z优的关节运动序列。如图 2.13 所示的动作生
成流水线,展示了从稀疏路径点到致密控制指令的演变过程:先,轨迹规划器在多
维构型空间中利用插值算法生成平滑曲线;其次,运动学解算模块将笛卡尔空间的末
端位姿实时映射为关节角度;Z终,通过动力学校验确保生成的运动不超出电机的扭
矩极限。
该环节涉及以下三项核心技术:
时序轨迹规划 - 解决“如何平滑移动”的问题。系统利用五次多项式或 B 样条曲线对
离散的路径点进行时域插值,确保生成的位置、速度及加速度曲线具备二阶连续性,
从而避免电机在启停瞬间产生破坏性的机械冲击与抖动。
逆运动学解算 - 解决“各关节如何配合”的问题。这是将末端作业任务映射回关节空
间的数学核心,对于具有冗余自由度的机器人,算法需利用雅可比矩阵的零空间投影技术,在完成抓取任务的同时优化机械臂构型,以避开奇异位形。
动力学一致性 - 解决“动作是否可行”的问题。生成的理想轨迹需要经过动力学模型
的后验校验,确保各关节角速度、角加速度及所需力矩均位于硬件的物理可行域内,
防止因指令越界导致的执行器饱和或轨迹跟踪失败。
关节空间表征描述机器人本体所有活动关节的角度、角速度及力矩构成的向量空间;肌群协同表征将高维的关节运动分解为少数几种基础模式的线性组合
力/力矩传感器对整体载荷变化敏感,常用于力控、阻抗控制与安全监测;触觉阵列提供压力或剪切力的空间分布,可推断接触斑块形状、接触位置与支撑关系
在动态环境下,可以采用基于传感信息融合的在线 滚动路径规划的方法。该方法是一种实时路径规划方法,使用滚动规划的策略来解决动态环境下仿人机器人路径规划问题
局部路径规划指的是机器人在全局信息位置的情况下,依靠传感器信息进行的局部路径规划;机器人的全局路径规划方法可以分为可视图法,结构空间法,栅格法,拓扑法,随机路径规划法等
仿人机器人在3D空间的上下楼梯、跨越台阶和使用手臂一起进行全身运动规划的跑步、翻滚、爬行、守门、起立、跳舞以 及跟目标物体接触的踢球、开门、搬运东西等一系列运动
基于拓扑地图的同时定位与地图生成方法创建的GVG 拓扑地图。图中线的交点为拓扑节点,代表特定地点。节点之间的连线代表连通的路径;GVG 对于环境的局部改变比较敏感,增加一个障碍物可能导致若干节点的产生
SIFT特征具有更强的鲁棒性,在数据关联过程中不受环境光照变化、环境局部改变、特征部分遮挡以及机器人观察视角的影响;从地图创建还是从实际应用的角度来说,vSLAM在数据关联上的可操作性要优于FastSLAM
FastSLAM 将 SLAM分解为机器人定位和特征标志的位置估计两个过程;通过采用粒子滤波器估计机器人的位姿,可以很好地表示机器人的非线性、非高斯运动模型
既具有拓扑地图的高效性,又具有度量地图的一致性和精确性;一般采用分层结构:首先利用上层的拓扑地图实现粗略的全局路径规划,然后利用底层的度量地图实现精确的定位并优化生成的路径
拓扑图不必精确表示不同节点间的地理位置关系,当机器人离开一个节点时,机器人只需知道它正在哪一条边上行走也就够了,通常应用里程计就可实现机器人的定位
对移动机器人来说,可以度量机器人到墙或门的距离等。因此,度量地图应用于需要准确度量信息的场合,如准确的自定位和优化 的路径规划,分成两种:栅格地图和几何地图
一个模型可以是对现实当中某个系统的想象表示,所以建模的过程始终都与形式有关系;对模型与模型之间的关系和相互影响进行全面的统筹和分析,选择出那些最 为适合的要素