【2018.04.19 ROS机器人操作系统】机器人控制：运动规划、路径规划及轨迹规划简介之一

参考资料及致谢

本文的绝大部分内容转载自以下几篇文章，首先向原作者致谢，希望自己能在这些前辈们的基础上能有所总结提升。

1. 运动规划/路径规划/轨迹规划的联系与区别

https://blog.csdn.net/wx545644217/article/details/54175035

一、基本概念

运动规划Motion Planning

路径规划Path Planning

轨迹规划Trajectory Planning

运动规划由路径规划(空间)和轨迹规划(时间)组成，连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称之为路径，构成路径的策略称之为路径规划。

路径规划是运动规划的主要研究内容之一。

路径是机器人位姿的一定序列，而不考虑机器人位姿参数随时间变化的因素。

路径规划（一般指位置规划）是找到一系列要经过的路径点，路径点是空间中的位置或关节角度，而轨迹规划是赋予路径时间信息。

运动规划，又称运动插补，是在给定的路径端点之间插入用于控制的中间点序列从而实现沿给定的平稳运动。

运动控制则是主要解决如何控制目标系统准确跟踪指令轨迹的问题，即对于给定的指令轨迹，选择适合的控制算法和参数，产生输出，控制目标实时，准确地跟踪给定的指令轨迹。

路径规划的目标是使路径与障碍物的距离尽量远同时路径的长度尽量短；

轨迹规划的目的主要是机器人关节空间移动中使得机器人的运行时间尽可能短，或者能量尽可能小。

轨迹规划在路径规划的基础上加入时间序列信息，对机器人执行任务时的速度与加速度进行规划，以满足光滑性和速度可控性等要求。

下面要划重点了：

另外，根据无人驾驶车辆的模型预测控制一书中的内容，路径与轨迹、路径规划与轨迹规划、路径跟踪和轨迹跟踪的联系和区别如下：

对于智能车辆而言，全局路径点只要包含空间位置信息即可，也可以包含姿态信息，而不需要与时间相关，但局部规划时，则可以考虑时间信息。

这里规定轨迹点也是一种路径点，即当路径点信息中加入时间约束，就可以被称为轨迹点。

从这个角度理解，轨迹规划就是一种路径规划，当路径规划过程要满足无人车辆的纵向和横向动力学约束时，就成为轨迹规划。

路径规划和轨迹规划既可以在状态空间中表示，也可以在笛卡尔坐标系中表示。

路径跟踪过程中，参考路径曲线可与时间参数无关，跟踪控制时，可以假设无人车辆以当前速度匀速前进，以一定的代价规则使行驶路径趋近于参考路径；

而轨迹跟踪时，参考路径曲线与时间和空间均相关，并要求无人车辆在规定的时间内到达某一预设好的参考路径点。

路径跟踪不同于轨迹跟踪，不受制于时间约束，只需要在一定误差范围内跟踪参考路径。

路径跟踪中的运动控制就是寻找一个有界的控制输入序列，以使无人车辆从一个初始位置到设定的期望位置。