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多任务执行轨迹切换策略

📚 共计 30 章节

轨迹切换概述

多任务系统定义、轨迹切换的挑战、课程目标与学习路径

坐标系与位姿表示

世界坐标系、机器人基坐标系、工具坐标系、齐次变换矩阵

轨迹规划基础

关节空间规划 vs 笛卡尔空间规划、梯形速度曲线、S形速度曲线

点到点运动

PTP运动原理、关节插值、奇异点规避策略

直线与圆弧插补

直线插补算法、圆弧插补算法、连续轨迹的几何过渡

连续轨迹前瞻

Look-ahead原理、速度规划窗口、拐点速度约束

轨迹平滑处理

低通滤波、B样条拟合、jerk限制与加速度连续性

任务优先级与抢占

固定优先级调度、动态优先级调整、抢占式切换机制

状态机与任务管理

有限状态机设计、任务状态迁移、事件驱动切换

状态机事件

混合运动模式

力位混合控制、阻抗控制与导纳控制、模式切换的平滑过渡

多机器人协调

主从同步、分布式协调、碰撞避免与互锁

传感器融合与触发切换

视觉引导切换、力觉触发切换、激光雷达避障切换

传感器触发

时间最优轨迹规划

最小时间问题、动态规划求解、在线重规划

能量最优轨迹规划

能耗模型、节能路径生成、电池约束下的调度

鲁棒轨迹跟踪

扰动观测器、前馈补偿、自适应切换律

故障安全切换

故障检测与诊断、降级运行模式、紧急停止与回退

人机协作切换

安全距离监控、速度与力限制、协作与自主模式切换

基于学习的切换策略

强化学习调度、模仿学习轨迹生成、在线自适应切换

学习自适应

数字孪生与仿真验证

虚拟调试、硬件在环测试、轨迹预演与冲突检测

仿真数字孪生

实时操作系统与调度

RTOS任务模型、周期与非周期任务、截止时间与抖动

通信协议与同步

EtherCAT、PROFINET、TSN时间同步、数据一致性

轨迹切换性能指标

切换时间、跟踪误差、冲击度、能耗比

标定与工具中心点

TCP标定方法、负载辨识、重力补偿

奇异点处理

奇异点分类、奇异点规避路径、数值稳定性方法

奇异点数值

动态避障与重规划

动态窗口法、速度障碍法、滚动时域重规划

多目标优化切换

Pareto最优解、加权求和法、NSGA-II应用

优化多目标

焊接轨迹切换、喷涂路径切换、装配任务切换

移动操作臂切换

移动基座与机械臂协调、抓取与移动切换、SLAM与轨迹融合

软件架构与模块化

ROS2节点设计、行为树、状态机库（SMACH）

未来趋势与挑战

云端协同、群体智能、大模型驱动的轨迹生成