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轨迹规划与基础避障方法与故障调试

📚 共计 30 章节

轨迹规划概述

什么是轨迹规划？为什么需要轨迹规划？机器人、自动驾驶、无人机等领域的应用。

坐标系与位姿表示

世界坐标系、机器人坐标系、齐次变换矩阵、欧拉角与四元数。

数学基础坐标变换

路径规划与轨迹规划的区别

路径是几何的，轨迹是带时间的。路径规划 vs 轨迹规划。

核心概念对比

运动学基础

正运动学与逆运动学，关节空间与笛卡尔空间。

运动学空间

时间最优轨迹规划

梯形速度规划、S形速度规划、T型曲线与S型曲线对比。

速度规划最优

多项式轨迹规划

三次多项式插值、五次多项式插值、七次多项式插值。

贝塞尔曲线与B样条曲线

贝塞尔曲线的定义与性质、B样条曲线的优势、在轨迹平滑中的应用。

避障基础概念

什么是避障？静态障碍物与动态障碍物、全局避障与局部避障。

碰撞检测基础

包围盒法（AABB、OBB）、距离计算、碰撞检测的常用算法。

配置空间（C-Space）

什么是配置空间？障碍物在C-Space中的表示、C-Space的维度。

栅格地图与代价地图

栅格地图的构建、代价地图的生成、八邻域与四邻域搜索。

算法原理、伪代码、优缺点分析、在路径规划中的应用。

图搜索最短路径

启发式函数的设计、A*算法流程、与Dijkstra的对比、实际应用案例。

启发式路径规划

快速随机搜索树原理、RRT的改进（RRT*、Informed RRT*）、在复杂环境中的应用。

随机采样RRT

概率路图法、构建阶段与查询阶段、PRM的优缺点。

概率路图规划

人工势场法

引力场与斥力场、势场函数的构建、局部极小值问题及改进。

势场局部极小

动态窗口法（DWA）

速度空间搜索、评价函数设计、在移动机器人中的应用。

DWA局部规划

时间弹性带（TEB）

TEB的原理、优化目标、与DWA的对比。

模型预测控制（MPC）在轨迹规划中的应用

MPC基本原理、预测模型、约束处理、滚动优化。

MPC预测控制

平滑性约束、动力学约束、避障约束、多目标优化。

速度与加速度约束

最大速度限制、最大加速度限制、加加速度（Jerk）限制。

运动限制Jerk

轨迹跟踪控制

PID控制、前馈控制、纯追踪算法（Pure Pursuit）、Stanley算法。

多机器人协同轨迹规划

协同避障、编队控制、冲突解决策略。

多机器人协同

动态环境中的重规划

局部路径更新、全局路径重规划、预测性避障。

动态重规划

传感器融合与轨迹规划

激光雷达、摄像头、IMU、里程计的数据融合。

传感器融合

轨迹规划中的不确定性处理

卡尔曼滤波、粒子滤波、鲁棒优化。

不确定性滤波

基于学习的轨迹规划

模仿学习、强化学习在轨迹规划中的应用、端到端规划。

轨迹规划在自动驾驶中的应用

行为规划、运动规划、控制执行。

自动驾驶应用

轨迹规划在无人机中的应用

三维空间规划、动力学约束、避障策略。

轨迹规划在机械臂中的应用

关节空间规划、笛卡尔空间规划、奇异点规避。

机械臂奇异点