运动规划

运动规划插件

MoveIt 通过**插件接口（plugin interface）**与运动规划器（motion planner）协同工作。 这使得 MoveIt 可以使用来自多个库的不同运动规划器，从而具备良好的可扩展性。与运动规划器的接口由 move_group 节点通过 ROS action 或 service 提供。 默认运动规划器由 MoveIt Setup Assistant 使用 OMPL 及其与 MoveIt 的接口进行配置。 其他默认可用的规划器包括 Pilz 工业运动规划器和 CHOMP。

运动规划请求

运动规划请求（motion plan request）用于指定运动规划器的任务目标。 通常，你会要求运动规划器将机械臂移动到另一个位置（在关节空间中），或将末端执行器移动到新的位姿。 默认情况下会进行碰撞检查（包括自碰撞和附着物体）。 你还可以通过 planning_pipeline 和 planner_id 参数指定规划器，以及设定运动规划器需要满足的约束。MoveIt 内置的运动学约束（kinematic constraints）包括：

• 位置约束（Position constraints）：限制某个连杆（link）的位置位于空间的某个区域内。

• 姿态约束（Orientation constraints）：限制某个连杆的姿态在指定的 roll、pitch 或 yaw 范围内。

• 可见性约束（Visibility constraints）：限制连杆上的某个点位于特定传感器的可见锥（visibility cone）内。

• 关节约束（Joint constraints）：限制某个关节的角度在两个值之间。

• 用户自定义约束（User-specified constraints）：也可以通过用户定义的回调函数（callback）来指定自定义约束。

运动规划结果

move_group 节点会响应运动规划请求，生成一条期望轨迹，将机械臂（或任何关节组）移动到目标位置。 需要注意的是，move_group 输出的结果是轨迹（trajectory）而非仅仅是路径（path）。 move_group 会使用设定的最大速度和加速度（如果指定了的话），生成一条在关节层面满足速度和加速度约束的轨迹。

运动规划适配器

完整的运动规划流水线（pipeline）将运动规划器与一组称为**规划请求适配器（planning request adapters）**的组件串联在一起。 规划请求适配器可以对运动规划请求进行预处理（pre-processing），也可以对运动规划响应进行后处理（post-processing）。 预处理在多种情况下很有用，例如当机器人的起始状态略微超出关节限位时。 后处理则用于其他操作，例如将生成的路径转换为时间参数化（time-parameterized）的轨迹。 MoveIt 提供了一组默认的运动规划适配器，每个适配器执行特定的功能。

CheckStartStateBounds（检查起始状态边界）

修复起始状态边界适配器（fix start state bounds adapter）会将起始状态修正到 URDF 中指定的关节限位之内。 该适配器的适用场景是：当物理机器人的关节限位配置不当时，机器人可能最终处于一个或多个关节略微超出限位的构型。 此时运动规划器将无法规划，因为它会认为起始状态超出了关节限位。 CheckStartStateBounds 适配器通过将起始状态移回关节限位范围内来”修复”起始状态。 不过，这显然并非每次都是正确的解决方案——例如当关节大幅超出限位时。 该适配器提供一个参数，指定关节可以超出限位的容许幅度，在此幅度内的状态才是”可修复的”。

ValidateWorkspaceBounds（校验工作空间边界）

修复工作空间边界适配器（fix workspace bounds adapter）会为规划指定一个默认工作空间：一个 10 m × 10 m × 10 m 的立方体。 仅当发送给规划器的规划请求未填写这些字段时，才会使用该默认值。

CheckStartStateCollision（检查起始状态碰撞）

修复起始状态碰撞适配器（fix start state collision adapter）会通过小幅扰动关节值，尝试在当前处于碰撞的构型附近采样一个新的无碰撞构型。 扰动量由 jiggle_fraction 参数控制，该参数以关节总运动范围的百分比来设定扰动幅度。 该适配器的另一个参数指定了在放弃之前采样的随机扰动次数上限。

AddTimeParameterization（添加时间参数化）

运动规划器通常生成的是”运动学路径”（kinematic paths），即不满足任何速度或加速度约束、也未经时间参数化的路径。 该适配器会施加速度与加速度约束，对运动规划进行”时间参数化”（time parameterize）处理。

ResolveConstraintFrames（解析约束坐标系）

目标约束可以使用子坐标系（subframe）来设置——例如，在 cup/handle 坐标系中设置位姿目标，其中 handle 是物体 cup 上的一个子坐标系。 该适配器会将约束的坐标系转换为物体或机器人坐标系（例如 cup）。

OMPL

OMPL（Open Motion Planning Library，开源运动规划库）主要实现随机化运动规划器。 MoveIt 直接与 OMPL 集成，将该库中的运动规划器作为其主要/默认的规划器集合。 OMPL 中的规划器是抽象的，也就是说 OMPL 本身没有机器人的概念。 相反，MoveIt 负责配置 OMPL，并为 OMPL 处理机器人学（Robotics）领域的问题提供后端（back-end）支持。