1. 课程导论与基础概念：任务规划与轨迹规划的定义、区别与联系

1.1 为什么要把「规划」拆成两件事？

大家好，我是这门课的主讲。先聊个我早年踩过的坑。

刚入行那会儿，我接手过一个移动抓取项目。机器人需要从A点取零件，放到B点的托盘上。我当时想得很简单：写个路径，让机械臂动起来不就完了？结果一跑，机械臂倒是动了——但它先绕过了桌子，又差点撞到墙上的电箱，最后在目标点上方悬停了五秒钟，因为不知道该先放下夹爪还是先旋转手腕。

你看，问题出在哪？

我其实只给了它一条「轨迹」，却没告诉它「任务」是什么。它不知道要先移动到安全高度，再调整姿态，最后执行放置。说白了，我混淆了任务规划和轨迹规划这两个层次。

从那天起，我养成了一个习惯：先拆任务，再算轨迹。这也是这门课的核心思路。

1.2 任务规划 vs 轨迹规划：一张表说清楚

很多同学问我：「这两个东西到底有啥区别？不都是规划吗？」

嗯，我习惯用一个例子来解释：你让一个机器人帮你倒杯水。

• 任务规划：先走到饮水机 → 拿起杯子 → 按下出水键 → 等水满 → 把杯子端回来。这是逻辑顺序。
• 轨迹规划：从当前位置到饮水机，手臂以多快的速度伸出，手指以多大的力捏住杯子，手腕转多少度才能让杯口对准出水口。这是运动细节。

下面这张表是我在项目里经常拿来给团队对齐认知的，你直接拿去用：

对比维度	任务规划	轨迹规划
核心问题	做什么？下一步是什么？	怎么动？动多快？
输入	目标状态、环境约束、资源列表	起始位姿、目标位姿、运动学模型
输出	动作序列（如：抓取→移动→放置）	时间-位置-速度-加速度曲线
典型算法	状态机、行为树、PDDL、HTN	多项式插值、S形曲线、RRT、A*
时间尺度	秒级到分钟级	毫秒级到秒级
我常犯的错误	把任务写死，不考虑异常	轨迹算得完美，但任务顺序错了

1.3 它们是怎么「整合」到一起的？

你可能会问：「既然分开了，那怎么让它们配合工作？」

好问题。我见过不少团队，任务规划用一套系统，轨迹规划用另一套，中间靠一个简陋的接口传数据。结果呢？任务规划说「去抓杯子」，轨迹规划发现杯子位置变了，但任务层不知道，直接报错。

真正的整合，需要做到三点：

1. 信息闭环：轨迹执行的结果要反馈给任务层，比如「抓取失败，因为目标偏移了2厘米」。
2. 状态同步：任务规划要知道机器人当前在哪个关节角度、末端在哪，才能决定下一步。
3. 异常处理：轨迹规划遇到障碍物时，不能只停在原地，要告诉任务层「这条路走不通，换个方案」。

说白了，任务规划是大脑，轨迹规划是手脚。大脑做决策，手脚执行，但手脚如果被烫到了，得喊一声让大脑换个策略。

1.4 课程整体框架：我们怎么学？

这门课一共30章，我把它分成了四个阶段。下面这张图是我自己画的，你可以先存下来当路线图：

四个阶段的设计思路是这样的：

• 阶段一（第1-5章）：打地基。把概念、坐标系、运动学这些基本功练扎实。我见过太多人一上来就调RRT，结果连正逆解都写不对——嗯，别做那种人。
• 阶段二（第6-13章）：深入任务规划。从状态机讲到行为树，再到PDDL和HTN。你会学会怎么让机器人「思考」下一步。
• 阶段三（第14-23章）：死磕轨迹规划。关节空间、笛卡尔空间、避障、平滑优化……这些都是我实际项目中反复调优过的内容。
• 阶段四（第24-30章）：整合实战。把前三个阶段的东西拼起来，做一个完整的抓取-移动-装配系统。这也是最有意思的部分。

1.5 学习目标：学完你能做什么？

我不喜欢讲虚的。学完这门课，你应该能：

1. 独立设计一个任务规划器：用状态机或行为树描述一个完整的作业流程，包括异常处理。
2. 编写平滑的轨迹规划算法：从简单的点到点运动，到带避障的连续轨迹。
3. 打通任务层和轨迹层：让两者通过标准接口通信，实现「任务下发→轨迹执行→结果反馈」的闭环。
4. 调试真实机器人系统：遇到规划失败时，能快速定位是任务逻辑问题还是轨迹参数问题。

1.6 我的一点经验之谈

最后，分享一个我个人的工作习惯。

每次开始一个新项目，我不会急着写代码。我会先拿一张纸，画出任务流程图和轨迹规划的关键约束。然后问自己三个问题：

• 这个任务有哪些步骤？哪些步骤可以并行？
• 每个步骤对轨迹有什么特殊要求？（比如：末端必须保持水平、速度不能超过0.5m/s）
• 如果某一步失败了，系统该怎么反应？

把这三个问题想清楚，代码写起来就顺了。你想想看，是不是这个道理？