1 简介

1.1 什么是自主机器人

• Definition: an autonomous robot is a robot that performs behaviors or tasks with a high degree of autonomy (without external influence)

• Perception-Planning-Control action loop

  

1.2 什么是运动规划

1. 基本要求
   • 安全：避免碰撞
   • 光滑性：节约能量， 舒适
   • 运动-动力学可行性：可执行、可控
2. Old-school pipeline
   • 前端 path finding
     • 搜索初始安全路径
     • 低维
     • 离散空间
   • 后端 trajectory generation
     • 搜索可行轨迹
     • 高维
     • 连续空间

1.3 前端：路径发现

1. 基于搜索的路径发现
   • 图搜索基础
   • Dijkstra 和 A*
   • 跳点算法 Jump Point Search
2. 基于采样的路径发现
   • 概率路线图 Probabilistic Road Map
   • 快速采样随机树 Rapidly-exploring Random Tree
   • Optimal Sampling-based Methods
   • Advanced Sampling-based Methods
3. 满足运动-动力学要求的路径发现
   • State-state Boundary Value Optimal Control Problem
   • State Lattice Search
   • Kinodynamic RRT*
   • Hybrid A*

1.4 后端：轨迹生成

1. MINIMUM SNAP TRAJECTORY GENERATION
   • Differential Flatness
   • Minimum Snap Optimization
   • Closed-form Solution to Minimum Snap
   • Time Allocation
   • Implementation in Practice
2. SOFT AND HARD CONSTRAINED TRAJECTORY OPTIMIZATION
   • 软约束轨迹优化 Soft Constrained Trajectory Optimization
   • 硬约束轨迹优化 Hard Constrained Trajectory Optimization

1.5 MDP 和 MPC

1. 基于马尔可夫决策过程的规划
   • Uncertainties in Planning and MDP
   • Minimax Cost Planning and Expected Cost Minimal Planning
   • Value Iteration and Real-Time Dynamic Programming
2. 机器人规划的模型预测控制
   • Linear MPC
   • Non-linear MPC