面向人機(jī)交互的機(jī)器人自然運(yùn)動(dòng)規(guī)劃.pdf

1、由于對(duì)機(jī)器人的任務(wù)要求日趨復(fù)雜和多變，如何使機(jī)器人具備靈活的配置和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃能力，以適應(yīng)復(fù)雜任務(wù)的需求，成為了目前運(yùn)動(dòng)規(guī)劃領(lǐng)域所研究的核心問(wèn)題。在實(shí)際的交互過(guò)程中，要想完成機(jī)器人與人類用戶的自然有效的交互，又需要機(jī)器人根據(jù)任務(wù)需求和約束合理地規(guī)劃自身的運(yùn)動(dòng)，使之與人類的運(yùn)動(dòng)模式相仿。因此，如何賦予機(jī)器人規(guī)劃自然運(yùn)動(dòng)的能力，進(jìn)而應(yīng)用于復(fù)雜的人機(jī)交互任務(wù)，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用意義。
　　本文以智能機(jī)器人在人機(jī)交互任務(wù)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃為背

2、景，針對(duì)交互任務(wù)中如何快速有效地規(guī)劃出滿足任務(wù)需求的自然運(yùn)動(dòng)，從規(guī)劃算法的可行性與快速性兩方面進(jìn)行了相關(guān)的研究，設(shè)計(jì)并提出了基于表征空間的機(jī)器人自然運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。本文的主要工作包括：
　　1）提出了基于表征空間的交互式運(yùn)動(dòng)規(guī)劃框架，以實(shí)現(xiàn)任務(wù)需求與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃之間的迭代和交互
　　針對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜任務(wù)需求的特點(diǎn)，嘗試將人機(jī)交互思想引入運(yùn)動(dòng)規(guī)劃過(guò)程，提出了一種交互式運(yùn)動(dòng)規(guī)劃

3、框架，使任務(wù)層與運(yùn)動(dòng)層之間產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的迭代，以滿足復(fù)雜的任務(wù)約束。
　　2）設(shè)計(jì)了以任務(wù)為導(dǎo)向的自然運(yùn)動(dòng)約束，使機(jī)器人規(guī)劃出的運(yùn)動(dòng)路徑與人類的任務(wù)完成模式相統(tǒng)一
　　由于現(xiàn)有的對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法的應(yīng)用較少考慮機(jī)器人完成任務(wù)的模式是否與人類相似，因而使得機(jī)器人在完成人機(jī)交互任務(wù)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)與人類完成模式相悖的運(yùn)動(dòng)。本文以此出發(fā)，針對(duì)特定的人機(jī)交互任務(wù)需求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自然運(yùn)動(dòng)約束，使機(jī)器人完成任務(wù)的方式更接近于人類。
　　3）

4、設(shè)計(jì)了多尺度的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間分解方法并建立了各可達(dá)運(yùn)動(dòng)子空間之間的關(guān)聯(lián)，以有效地完成對(duì)運(yùn)動(dòng)空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的理解
　　由于自然運(yùn)動(dòng)約束可能會(huì)導(dǎo)致表征空間維度的擴(kuò)張，從而增加規(guī)劃任務(wù)求解的計(jì)算量，為了使機(jī)器人能夠以較少次數(shù)的嘗試來(lái)盡可能理解其所處運(yùn)動(dòng)空間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本文提出了一種多尺度的空間分解方法，從而能夠在更高層次上刻畫(huà)出空間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并能高效地完成對(duì)機(jī)器人可達(dá)運(yùn)動(dòng)空間的覆蓋。
　　4）提出了一種基于多尺度鄰域的快速擴(kuò)展隨機(jī)