外文翻譯--實時自適應(yīng)運動規(guī)劃 中文版.doc

實時自適應(yīng)運動規(guī)劃（機(jī)坪）在動態(tài)環(huán)境下移動機(jī)器人無法預(yù)見的變化約翰凡諾伊和靜肖，高級會員，電機(jī)及電子學(xué)工程師聯(lián)合會抽象介紹了新穎的實時自適應(yīng)運動規(guī)劃（機(jī)坪）的方式規(guī)劃適合高自由度或余的機(jī)器人，如移動軌跡機(jī)械手，在動態(tài)環(huán)境中的障礙與移動未知的軌跡。在RAMP方式，能同時路徑和軌跡規(guī)劃，同步規(guī)劃和實施在實時的議案。它助于實時優(yōu)化在不同的軌跡優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)，如減少精力和時間，最大限度地提高可操作性。它還可容納部分指定的目標(biāo)任務(wù)的機(jī)在RAMP方式器人很容易。該方法利用冗余（冗余機(jī)器人運動等在移動與操縱機(jī)械臂）通過機(jī)器人配置變量，以最好地實現(xiàn)松散耦合的障礙避免和優(yōu)化的目標(biāo)。已落實和在一個多樣化的模擬測試集工作環(huán)境，包括與環(huán)境中的多個移動機(jī)器人。結(jié)果（以及附帶的視頻）顯示說了RAMP計劃者，其高效率和靈活性，而不是只處理一個單一的移動機(jī)人在動態(tài)環(huán)境良好與未知的議案，除了各種障礙靜態(tài)的障礙，但也可以很容易和有效地計劃的議案為機(jī)每個移動械臂在多個共享的環(huán)境移動機(jī)械臂和其他移動障礙。指數(shù)計算，自適應(yīng)，動態(tài)不明運動障礙，松散的耦合，移動機(jī)器人，部分指定的目標(biāo)，真正的時間，冗余機(jī)器人，軌跡優(yōu)化。一，引言運動規(guī)劃是一個根本問題機(jī)器人技術(shù)1，2設(shè)計一個有關(guān)一個機(jī)可取的議案器人到達(dá)目標(biāo)。運動規(guī)劃高自由度移動機(jī)械臂的關(guān)節(jié)機(jī)械手或更具挑戰(zhàn)性比移動機(jī)器人，因為高維配置機(jī)器人空間5月收到很少或根本沒有相似之處物理空間的機(jī)器人工程，以及如何構(gòu)建手稿16，2007；修改2007年12月13日和3月5日2008年。首先公布2008年10月1出版的最新版本，2008年。本文建議由副主編出版山根光屬帕克和編輯后，評論者的評價意見。這份文件的部分已提交初步的IEEE國際會議智能機(jī)器人與系統(tǒng)，仙臺，日本，2004年。提交人與智能，多媒體和互動系統(tǒng)（IMI）的實驗室，計算機(jī)科學(xué)系，中北大學(xué)在北卡羅來納州夏洛特，夏洛特，北卡羅來納州28223美國（電子郵件：；）。本文的補(bǔ)充材料可在下載，由作者提供：1視頻的實時顯示規(guī)劃和執(zhí)行移動機(jī)械臂運動我們的爬坡算法。這部影片是14MB的大小。更多的數(shù)字，這個文件是在網(wǎng)上提供顏色版本在。數(shù)字對象標(biāo)識符10.1109/TRO.2008.2003277空間配置效率高于三個層面在很大程度上仍是一個未解決的問題。運動相關(guān)研究規(guī)劃隨機(jī)算法，如流行的概率路線圖（PRM）是法3和快速擴(kuò)展隨機(jī)樹復(fù)審?fù)ィ┓椒?，發(fā)現(xiàn)是非常有效的尋找一個具有高自由度機(jī)器人無碰撞路徑脫機(jī)，因為這種算法避免建造機(jī)器人的配置明確抽樣的空間配置空間。大羅馬尼亞黨方法有很大的啟發(fā)提高抽樣工作和路線圖施工2，包括最近的一篇文章5生產(chǎn)緊湊的路線圖，以便更好地捕捉不同倫路徑組。通過建立一個樹，而不是一圖，隨機(jī)回應(yīng)法更是產(chǎn)生在一個合適的拍攝或路徑直接產(chǎn)生的軌跡，從而更適合在線操作6。這兩種方法都看到很多變種2。也有基于遺傳路徑規(guī)劃方法算法（氣），或者更廣泛地說，進(jìn)化計算78，這是總的框架隨機(jī)搜索受到用戶定義的優(yōu)化準(zhǔn)則。這種優(yōu)化技術(shù)已被廣泛使用，并成功在許多應(yīng)用領(lǐng)域8優(yōu)化問題。有兩種主要方式的應(yīng)用。一個簡單的方法是映射到窗體問題適合標(biāo)準(zhǔn)的，現(xiàn)成的，的遺傳算法，解決運行它聯(lián)大，然后，地圖的結(jié)果返回到應(yīng)用程序域。這一個可以適用于所有的方法是有效的，因為往往不它的力量把東西人工改造的一個問題還有就是在一個標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法，但只限于格式可能會失去某些原問題的一個重要性質(zhì)。一些基于遺傳算法的路徑規(guī)劃方法10，1采用這種方法其中C-空間離散成一個網(wǎng)格，而路徑是在條件一格點固定長度的序列。為標(biāo)準(zhǔn)GA對固定長度的位串操作，搜索往往是非常緩慢。一個更有效的方法是采用一般的思想進(jìn)化計算解決一個問題更為自然和適當(dāng)?shù)拇硇浴蟾娴穆窂揭?guī)劃方法12-14屬于這種定制方式。一個實時路徑規(guī)劃方法報道122點移動自由度機(jī)器人，這是擴(kuò)展13點的三自由度飛行機(jī)器人具體限制。阿多分辨率路徑代表建議在路徑規(guī)劃14。但是，所有的進(jìn)化算法有一個必須設(shè)置參數(shù)的數(shù)量適當(dāng)，這往往不是一個簡單的任務(wù)。規(guī)劃，運動規(guī)劃，已產(chǎn)生一對于一個可執(zhí)行的軌跡在配置機(jī)器人時間空間，或CT空間，而不僅僅是一個幾何路徑。一個常見的做法是在路徑的基礎(chǔ)上軌跡規(guī)劃所產(chǎn)生的路徑規(guī)劃師。一個值得注意的框架的彈性條法15，它可以變形為機(jī)器人的軌跡當(dāng)?shù)匾员苊庖苿觾?nèi)無碰撞“隧道障礙”連接在一個三維的機(jī)器人的初始位置和目標(biāo)工作區(qū)。這樣的“隧道”是由一項分解基于路徑規(guī)劃策略16。另一種方法是路徑與軌跡規(guī)劃進(jìn)行同步。然而，這一類中最努力的重點是離線算法假設(shè)環(huán)境是完全事先知道，也就是說，靜態(tài)對象是已知的，和移動的物體被稱為與17-20已知的軌跡。至于處理未知運動障礙，只是在最近的一些方法介紹移動機(jī)器人21，22。能力相結(jié)合使移動機(jī)器人適用于更廣泛的范圍比固定基地或移動機(jī)器人機(jī)械手的任務(wù)。對于移動機(jī)器人，任務(wù)目標(biāo)狀態(tài)往往是部分指定無論是作為的最終效應(yīng)，我們稱之為配置地點與地點之間的任務(wù)，或所需路徑（或軌跡的最總效益）我們稱之為一個輪廓，下面的任務(wù)和目標(biāo)位置/基路徑往往不明。在這里，一個重要的問題是運動規(guī)劃的協(xié)調(diào)移動基地和機(jī)械手。這個問題，因為它涉及冗余的決議，提出了挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。存在著豐富的文學(xué)處理這個問題從許多方面。一些研究人員把機(jī)械手和移動基地一起作為一個在規(guī)劃路徑冗余機(jī)器人為逐地任務(wù)23-25。一些重點規(guī)劃序列“減刑配置為移動基地”當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)序列26，27受到各種限制和優(yōu)化準(zhǔn)則。他人重點是協(xié)調(diào)移動基地和控制在一個輪廓，下面的任務(wù)機(jī)械臂試圖28，29定位移動基地最大化操作性。許多考慮非完整約束。雖然現(xiàn)有的工作環(huán)境進(jìn)行最假設(shè)與移動機(jī)械臂，少數(shù)已知的障礙研究人員認(rèn)為是未知的地方避碰，移動上網(wǎng)的障礙。一種方法30采用隨機(jī)回應(yīng)作為地方企劃來更新原先產(chǎn)生的一大羅馬尼亞黨的路線圖處理移動障礙。輪廓跟蹤任務(wù)，高效率法31允許基地調(diào)整路線，以避免一如果可能的話，同時保持移動的最終效應(yīng)下列障礙如直線輪廓。另一種方法29允許暫?；A(chǔ)，以便讓一個意想不到的障礙通過持續(xù)的手臂，而其輪廓跟蹤議案下一個事件為基礎(chǔ)的控制方案。其他方法包括：基于對潛在領(lǐng)域之一32，以避免未知障礙和在神經(jīng)模糊控制器的一33修改基地的議案，以避免當(dāng)?shù)匾苿诱系K穩(wěn)定。那里也是一個特殊用途的規(guī)劃線上規(guī)劃師兩個機(jī)器人手臂的動作越來越從一個地方輸送機(jī)帶34。但是，我們不是任何現(xiàn)有工作計劃，可以知道高自由度機(jī)器人運動在全球許多未知動態(tài)障礙。二我們的問題與途徑規(guī)劃高自由度在這樣的環(huán)境中機(jī)器人運動許多未知的動態(tài)障礙物構(gòu)成的特殊挑戰(zhàn)。首先，規(guī)劃要做到實時，不能做脫機(jī)而不能基于某種原因預(yù)置地圖環(huán)境是不斷變化的不可預(yù)見的方式，即配置空間的障礙是未知的和不斷變化的。這種環(huán)境的例子包括一個大型的公共廣場全部以不同的方式，一個倉庫充分地的人繁忙的移動機(jī)器人和人類的工人，等等。這樣一環(huán)境是非常不同的靜態(tài)或基本靜止環(huán)境或已知的動態(tài)環(huán)境中（即與其他對象軌跡已知的），在那里可以合理地運動規(guī)劃依靠探索的C-空間已知的靜態(tài)環(huán)境（）或電腦斷層空間已知的動態(tài)環(huán)境（）脫機(jī)（如羅馬尼亞黨）。彈性地帶方法提供了靈活性，使一個機(jī)器人運動小調(diào)整，以避免未知的議案障礙，如果在C-空間的基本拓?fù)洳桓淖?。對于一個不斷變化的C-空間的拓?fù)洵h(huán)境在未知的方式，有計劃的路徑/軌跡可以被宣布為無效完全在任何時間，因此，實時自適應(yīng)全局規(guī)劃能力是需要作出重大改變的機(jī)器人議案。規(guī)劃和運動應(yīng)同時執(zhí)行并根據(jù)檢測，從而確定規(guī)劃必須非常快始終能適應(yīng)環(huán)境的變化。從本質(zhì)上看，解決運動規(guī)劃中的未知動態(tài)環(huán)境不能產(chǎn)生一個完整的規(guī)劃算法。也就是說，沒有算法能夠保證成功，這種未知環(huán)境。我們只能爭取一個合理的算法作為“最佳司機(jī)高自由度機(jī)器人”，但是，即使是最好的驅(qū)動程序不能保證是無事故，如果其他的東西在環(huán)境沒有受到他/她的控制。本文針對問題的實時同步路徑和高自由度機(jī)器人，軌跡規(guī)劃等移動機(jī)械臂，表演一般地到地方工作在一個未知的動態(tài)環(huán)境障礙的議案。該議案的障礙可以阻擋無論是基礎(chǔ)或手臂移動機(jī)械手或兩者。我們介紹一個獨特的，一般的實時自適應(yīng)運動規(guī)劃（機(jī)坪）的方法。我們爬坡的方法是建立在無論是隨機(jī)的想法規(guī)劃和隨時隨地的，并行和優(yōu)化規(guī)劃進(jìn)化計算，同時避免缺點。其結(jié)果是一個獨特的和原始的方法有效的有關(guān)問題。在RAMP方法有以下幾個特點。1）所有軌跡的代表在一次的CT空間在不斷改善同步規(guī)劃和執(zhí)行，建立一個不同的算法路徑/軌跡順序（或遞增），使一整個路徑/軌跡可以成為只有在最后規(guī)劃過程。我們隨時可以提供規(guī)劃者一個快速，有效的軌跡繼續(xù)生產(chǎn)。后任何時間，軌跡，以適應(yīng)實際需要的時間全球規(guī)劃。2）不同的優(yōu)化準(zhǔn)則（例如減少能源和時間，優(yōu)化操作性），可靈活，方便地安置在一個無縫的方式優(yōu)化是直接在原來，連續(xù)電腦斷層空間，而不是局限在某一個有限的圖形或路線圖。軌跡規(guī)劃和優(yōu)化的條件，而不是直接的結(jié)果路徑規(guī)劃。3）我們的計劃者在本質(zhì)上是不同的并行多目前所有的時間軌跡，讓瞬間的，如果必要時，機(jī)器人的運動急劇調(diào)整，以適應(yīng)意識到在新的環(huán)境的變化。這是不同的從規(guī)劃者的只是本地軌跡調(diào)整能力基于對已知的同倫路徑設(shè)置。這也是從，規(guī)劃不同的順序，如隨時阿*搜索35，這也要求建立一個獨立的國家空間搜索的限制，我們的規(guī)劃師不有。4）軌道搜索和評估（其最優(yōu)）的不斷適應(yīng)變化的結(jié)果，但經(jīng)建以前的搜索（即知識積累）被高效的實時處理。5由于規(guī)劃和執(zhí)行）（即機(jī)器人的運動以下到目前為止，該計劃的結(jié)果）是同時的，可行的部分軌跡是允許的，而機(jī)器人可以按照可行的一部分這樣一個軌跡（如果它是當(dāng)前最好的）并切換到一個更好的軌道，以避免不可行部分。6）由我們的策劃者，每多軌跡軌跡可以結(jié)束在目標(biāo)區(qū)域中的一個不同的目標(biāo)位置，也就是說，部分指定的目標(biāo)，而不是一個單一的目標(biāo)配置。7）我們的規(guī)劃師代表了一種冗余機(jī)器人軌跡，移動機(jī)器人，作為松耦合軌跡多余的變量采取了冗余的優(yōu)勢為了最好地實現(xiàn)避障各種優(yōu)化目標(biāo)。該文件的其余部分組織如下。第二節(jié)是我們爬坡方法的介紹；第三節(jié)和第四節(jié)描述問題的代表性和初始化；第五節(jié)概述了軌跡的評估，并優(yōu)化準(zhǔn)則介紹了評價的策略。第六和第七部分描述策略改變軌道，以產(chǎn)生更好的工作。第八節(jié)介紹了如何利用RAMP計劃者可以創(chuàng)建和維持一個多樣化的軌道。第九節(jié)規(guī)定的執(zhí)行情況與實驗結(jié)果和討論表現(xiàn)該規(guī)劃師。第十組的結(jié)論文件。二概述在舷梯方法我們的方法的一個基本前提是規(guī)劃過程和運動執(zhí)行相互交織，使同步機(jī)器人運動規(guī)劃和執(zhí)行。這是實現(xiàn)通過我們隨時規(guī)劃算法，始終保持一個在CT-空間的所謂機(jī)器人一套完整的軌跡人口。的可行性和最優(yōu)每個軌跡，所謂健身，是通過評價評價函數(shù)編碼優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)?？尚行允侵笩o異性無。雙方都不可行，可行的軌跡允許在一個人口。被認(rèn)為是可行的軌跡鉗工比trajectories.Within每個類型，軌跡而在健身最優(yōu)。最初的人口是隨機(jī)生成的組合故意種子軌跡。故意種子軌跡包括那些代表不同的亞群的構(gòu)造為了實現(xiàn)人口的某些差異。如果環(huán)境包含已知的靜態(tài)障礙，基于軌跡關(guān)于預(yù)先計劃與可行路徑已知的靜態(tài)障礙，也可包括在內(nèi)。見第四節(jié)了解更多詳情。一旦最初的人口組成，它是那么提高到1鉗工通過改善人口，被稱為一代迭代。在每一代人，一個是隨機(jī)選擇的軌跡并以隨機(jī)選擇修改運營商之間的改變不同的運營商數(shù)量修改，以及由此產(chǎn)生軌跡可能被用來取代軌跡是不是優(yōu)勝劣汰，形成一個新的一代。適者生存軌跡總是存放在人口，只能從一代提高到一代。每一代人也被稱為一個規(guī)劃周期。為了提高初始種群健身，有多少初步規(guī)劃周期可能會運行基礎(chǔ)上，初步檢測環(huán)境信息前，機(jī)器人開始執(zhí)行適者生存軌跡。該機(jī)器人不需要等待一個可行軌跡出現(xiàn)，如果沒有可行的軌跡可用，機(jī)器人將開始沿可行的移動軌跡適者生存同時繼續(xù)為鉗工搜索，希望能找到一個可行的軌跡前在距離門限第一預(yù)測碰撞或奇異的執(zhí)行軌跡。這一戰(zhàn)略是有道理的因為：1）目前預(yù)計可能成為可行不可行軌跡稍后反之亦然；2）被形容后，我們的策劃者使機(jī)器人切換到一個更好的軌跡，如果有可用的，因此，是目前在隨后的軌跡不可行的一部分遇到，機(jī)器人可能已經(jīng)切換到一個更好的軌道；3）策略使有限的遙感，機(jī)器人可在其中沒有感覺，直到越來越近的障礙，以及4）它提供了一個在彈道測量的安全評價（見第五節(jié)）。由于機(jī)器人移動規(guī)劃將繼續(xù)提高人口的軌跡，