隨著世界各國(guó)航空航天、核工業(yè)、海洋探測(cè)和工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人越來越多地被應(yīng)用于大型復(fù)雜曲面零件的高精度加工、高危環(huán)境的自主作業(yè)以及高精度微細(xì)操作等復(fù)雜任務(wù)中。傳統(tǒng)的依賴示教和確定性運(yùn)動(dòng)定義的軌跡規(guī)劃方法已經(jīng)不能滿足高端制造和前沿技術(shù)領(lǐng)域的智能化需求，具有一定自主決策和規(guī)劃能力的第三代機(jī)器人成為當(dāng)前世界各國(guó)機(jī)器人技術(shù)研究的方向和焦點(diǎn)。
智能軌跡規(guī)劃是新一代機(jī)器人運(yùn)動(dòng)決策的必要手段。存在非確定性信息的條件下，為了使機(jī)器人得到最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，需要智能軌跡規(guī)劃算法的支撐。本書以中國(guó)人民解放軍總裝備部“中國(guó)空間站空間科學(xué)手套箱系統(tǒng)研制”、國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2010ZX04007��11）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFB1100502）、國(guó)家自然科學(xué)基金（51775542）、中國(guó)博士后基金（2019M651145）、遼寧省自然科學(xué)基金（2019�瞆D��0063）、機(jī)器人學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（2019�睴21）為依托，針對(duì)現(xiàn)有非確定性信息影響下軌跡規(guī)劃理論和實(shí)踐應(yīng)用的不足，將機(jī)器人系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)過程中信息的非確定性分為三個(gè)方面，即機(jī)器人加工對(duì)象幾何信息非確定性、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)特性非確定性以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與傳感非確定性，并分別介紹了相應(yīng)的規(guī)劃算法，最終得到非確定性信息影響下機(jī)器人的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡，提升了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精確性、安全性和穩(wěn)定性。本書著重闡述以下智能軌跡規(guī)劃方法：
（1）在機(jī)器人加工對(duì)象幾何信息非確定性軌跡規(guī)劃方面提出一種離線高精度估計(jì)軌跡規(guī)劃方法。針對(duì)高精度機(jī)器人加工，討論機(jī)器人軌跡規(guī)劃過程中與被加工對(duì)象之間以及被加工對(duì)象本身存在幾何非確定性誤差時(shí)，通過測(cè)量加工一體化手段實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高精度加工。提出了基于接觸式稀疏點(diǎn)測(cè)量的高階連續(xù)分段五次樣條擬合方法、法向矢量估計(jì)方法，并以機(jī)器人攪拌摩擦焊接為例，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)非確定性幾何信息的機(jī)器人測(cè)量加工一體化軌跡規(guī)劃方法，完成了高精度加工。
（2）在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)特性非確定性軌跡規(guī)劃方面提出一種運(yùn)動(dòng)特性多目標(biāo)軌跡規(guī)劃方法。在已知機(jī)械臂目標(biāo)位置的情況下，針對(duì)機(jī)器人中間運(yùn)動(dòng)過程動(dòng)態(tài)特性的非確定性，提出了一種在關(guān)節(jié)空間內(nèi)的高次樣條軌跡描述模型。提取了關(guān)鍵軌跡參數(shù)，通過遺傳算法進(jìn)行求解，在優(yōu)化系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的同時(shí)，最終得到了一條速度和加速度連續(xù)、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩不超過機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩極限、關(guān)節(jié)和末端運(yùn)動(dòng)行程較短、運(yùn)動(dòng)時(shí)間較短，并且能夠使整個(gè)機(jī)械臂成功避開障礙的一條理想軌跡，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)特性非確定性條件下機(jī)器人的多目標(biāo)軌跡規(guī)劃方法。
機(jī)器人智能運(yùn)動(dòng)規(guī)劃技術(shù)前言（3）在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與傳感非確定性軌跡規(guī)劃方面提出了一種機(jī)器人受運(yùn)動(dòng)和傳感誤差影響時(shí)的軌跡規(guī)劃和軌跡成功概率評(píng)估方法。這種軌跡規(guī)劃方法是通過建模、概率論及其幾何化方法將機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)與傳感隨機(jī)誤差的非確定性相結(jié)合，得到機(jī)器人在笛卡兒坐標(biāo)下的期望和方差，定性地判定機(jī)器人是否能和周圍環(huán)境發(fā)生干涉碰撞，對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)各位置在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的誤差概率分布進(jìn)行估計(jì)，并計(jì)算機(jī)器人到達(dá)指定位置區(qū)域的成功概率，實(shí)現(xiàn)了在軌跡規(guī)劃階段考慮機(jī)器人操作的成功概率。
本書最后介紹了通過面向?qū)ο蟮哪�塊化編程方法搭建機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制與圖形仿真系統(tǒng)，其開放式體系結(jié)構(gòu)能夠兼容多自由度串聯(lián)結(jié)構(gòu)機(jī)器人的控制和仿真。依托該機(jī)器人控制與圖形仿真系統(tǒng)，對(duì)本書提出的軌跡規(guī)劃算法開展了系統(tǒng)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了本書提出的軌跡規(guī)劃方法的有效性和實(shí)用性。

祁若龍
2021年1月