動作表示是將連續復雜的物理運動抽象為計算機可處理的離散數學向量的關鍵
過程。建立高效的動作表征體系,旨在解決靈巧手高維自由度與低延遲控制需求之間
的矛盾。如圖 2.12 所示的多層J動作表征空間,展示了從人類直觀意圖到機器底層
指令的數學映射機制:先,任務空間描述了末端執行器在環境中的位姿;其次,通
過逆運動學將任務指令映射至關節空間;進而,利用運動基元或肌群協同進一步壓縮
控制維度;Z終形成可被執行器解析的力矩或電流指令。
任務空間表征 描述末端執行器(如指尖)在笛卡爾坐標系下的絕對位置與姿態。姿
態通常采用四元數進行無奇異性描述,該空間符合人類“拿起水杯”的任務直覺,但
需經由復雜的逆運動學求解才能轉化為機器指令。
關節空間表征 描述機器人本體所有活動關節的角度、角速度及力矩構成的向量空
間。對于擁有二十個以上自由度的靈巧手,這是一個高維構型空間,它是底層控制器
直接作用的對象,雖缺乏直觀語義但具備物理完備性。
肌群協同表征 借鑒生物神經科學的降維機制,將高維的關節運動分解為少數幾種
基礎模式(如“五指同步屈伸”或“對捏”)的線性組合。通過主成分分析提取的低
維流形,能夠用極少的協同變量重構絕大多數人類抓取動作,極大地提升了在線決策
效率。
力/力矩傳感器對整體載荷變化敏感,常用于力控、阻抗控制與安全監測;觸覺陣列提供壓力或剪切力的空間分布,可推斷接觸斑塊形狀、接觸位置與支撐關系
在動態環境下,可以采用基于傳感信息融合的在線 滾動路徑規劃的方法。該方法是一種實時路徑規劃方法,使用滾動規劃的策略來解決動態環境下仿人機器人路徑規劃問題
局部路徑規劃指的是機器人在全局信息位置的情況下,依靠傳感器信息進行的局部路徑規劃;機器人的全局路徑規劃方法可以分為可視圖法,結構空間法,柵格法,拓撲法,隨機路徑規劃法等
仿人機器人在3D空間的上下樓梯、跨越臺階和使用手臂一起進行全身運動規劃的跑步、翻滾、爬行、守門、起立、跳舞以 及跟目標物體接觸的踢球、開門、搬運東西等一系列運動
基于拓撲地圖的同時定位與地圖生成方法創建的GVG 拓撲地圖。圖中線的交點為拓撲節點,代表特定地點。節點之間的連線代表連通的路徑;GVG 對于環境的局部改變比較敏感,增加一個障礙物可能導致若干節點的產生
SIFT特征具有更強的魯棒性,在數據關聯過程中不受環境光照變化、環境局部改變、特征部分遮擋以及機器人觀察視角的影響;從地圖創建還是從實際應用的角度來說,vSLAM在數據關聯上的可操作性要優于FastSLAM
FastSLAM 將 SLAM分解為機器人定位和特征標志的位置估計兩個過程;通過采用粒子濾波器估計機器人的位姿,可以很好地表示機器人的非線性、非高斯運動模型
既具有拓撲地圖的高效性,又具有度量地圖的一致性和精確性;一般采用分層結構:首先利用上層的拓撲地圖實現粗略的全局路徑規劃,然后利用底層的度量地圖實現精確的定位并優化生成的路徑
拓撲圖不必精確表示不同節點間的地理位置關系,當機器人離開一個節點時,機器人只需知道它正在哪一條邊上行走也就夠了,通常應用里程計就可實現機器人的定位
對移動機器人來說,可以度量機器人到墻或門的距離等。因此,度量地圖應用于需要準確度量信息的場合,如準確的自定位和優化 的路徑規劃,分成兩種:柵格地圖和幾何地圖
一個模型可以是對現實當中某個系統的想象表示,所以建模的過程始終都與形式有關系;對模型與模型之間的關系和相互影響進行全面的統籌和分析,選擇出那些最 為適合的要素
機器人的控制主要包括操作器控制、行走控制和多機器人系統控制等方面; 多關節操作器控制包括運動學與動力學控制、力及柔順控制、遙控機械手的主從控制等