datetime:2025/04/24 11:47
author:nzb

运动规划 (Motion Planning)

运动规划插件 (The Motion Planning Plugin)

MoveIt通过插件接口与多种运动规划库交互，使其具备高度可扩展性。运动规划器通过ROS action或service（由move_group节点提供）与MoveIt通信。默认规划器由MoveIt Setup Assistant配置，主要基于OMPL（Open Motion Planning Library），同时支持其他规划器（如Pilz工业运动规划器和CHOMP）。

运动规划请求 (The Motion Plan Request)

运动规划请求定义了规划目标，例如：

  • 将机械臂移动到关节空间中的新位置
  • 使末端执行器到达指定位姿

默认启用碰撞检测（包括自碰撞和附着物体检测）。用户可通过参数指定规划器和约束条件，MoveIt内置的约束类型包括：

  1. 位置约束：限制某连杆的位置在空间特定区域内。
  2. 方向约束：限制连杆的滚转、俯仰或偏航角范围。
  3. 可见性约束：确保连杆上的某点位于传感器视野锥内。
  4. 关节约束：限制关节运动在设定范围内。
  5. 自定义约束：支持通过回调函数定义用户专属约束。

运动规划结果 (The Motion Plan Result)

move_group节点响应请求后生成时间参数化轨迹（而非单纯路径），该轨迹会考虑指定的最大速度和加速度限制，确保关节级运动符合动力学约束。

运动规划适配器 (Motion Planning Adapters)

完整运动规划流程由规划器与规划请求适配器协同完成。适配器负责请求预处理和响应后处理，预处理在多种情况下都很有用，例如，当机器人的起始状态略微超出指定的机器人关节限制时。其他一些操作也需要后处理，例如将为机器人生成的路径转换为时间参数化轨迹。MoveIt 提供了一组默认的运动规划适配器，每个适配器都能执行特定的功能。

  1. CheckStartStateBounds

    • 功能：若起始状态超出URDF定义的关节限位，将其调整至限位内。
    • 参数：可设置允许的超出阈值（避免大幅越限时强行修正）。

  2. ValidateWorkspaceBounds

    • 功能：若请求未指定工作空间，默认启用10m×10m×10m的立方体空间。

  3. CheckStartStateCollision

    • 功能：若起始状态存在碰撞，通过微调关节值采样无碰撞配置。
    • 参数：
      • jiggle_fraction：扰动幅度（占关节运动范围的百分比）。
      • 最大随机采样次数。

  4. AddTimeParameterization

    • 功能：将“无时间参数的路径”转换为符合速度/加速度约束的轨迹。

  5. ResolveConstraintFrames

    • 功能：将约束坐标系转换为物体或机器人本体坐标系（例如将目标位姿从cup/handle转换到cup）。

OMPL集成

OMPL（开源运动规划库）是MoveIt的默认规划引擎，专注于随机化规划算法。其本身无机器人模型概念，MoveIt为其提供机器人后端支持，实现具体场景的规划。

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