动作表示是将连续复杂的物理运动抽象为计算机可处理的离散数学向量的关键
过程。建立高效的动作表征体系,旨在解决灵巧手高维自由度与低延迟控制需求之间
的矛盾。如图 2.12 所示的多层J动作表征空间,展示了从人类直观意图到机器底层
指令的数学映射机制:先,任务空间描述了末端执行器在环境中的位姿;其次,通
过逆运动学将任务指令映射至关节空间;进而,利用运动基元或肌群协同进一步压缩
控制维度;Z终形成可被执行器解析的力矩或电流指令。
任务空间表征 描述末端执行器(如指尖)在笛卡尔坐标系下的绝对位置与姿态。姿
态通常采用四元数进行无奇异性描述,该空间符合人类“拿起水杯”的任务直觉,但
需经由复杂的逆运动学求解才能转化为机器指令。
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。对于拥有二十个以上自由度的灵巧手,这是一个高维构型空间,它是底层控制器
直接作用的对象,虽缺乏直观语义但具备物理完备性。
肌群协同表征 借鉴生物神经科学的降维机制,将高维的关节运动分解为少数几种
基础模式(如“五指同步屈伸”或“对捏”)的线性组合。通过主成分分析提取的低
维流形,能够用极少的协同变量重构绝大多数人类抓取动作,极大地提升了在线决策
效率。
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
机器人的控制主要包括操作器控制、行走控制和多机器人系统控制等方面; 多关节操作器控制包括运动学与动力学控制、力及柔顺控制、遥控机械手的主从控制等