隨著世界各國航空航天、核工業(yè)、海洋探測和工業(yè)自動化技術(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)動軌跡，需要智能軌跡規(guī)劃算法的支撐。本書以中國人民解放軍總裝備部“中國空間站空間科學(xué)手套箱系統(tǒng)研制”、國家科技重大專項（2010ZX04007��11）、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2016YFB1100502）、國家自然科學(xué)基金（51775542）、中國博士后基金（2019M651145）、遼寧省自然科學(xué)基金（2019�瞆D��0063）、機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室開放課題（2019�睴21）為依托，針對現(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方面，即機(jī)器人加工對象幾何信息非確定性、機(jī)器人運(yùn)動動態(tài)特性非確定性以及機(jī)器人運(yùn)動與傳感非確定性，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)動軌跡，提升了機(jī)器人運(yùn)動的精確性、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軌跡規(guī)劃方法。針對高精度機(jī)器人加工，討論機(jī)器人軌跡規(guī)劃過程中與被加工對象之間以及被加工對象本身存在幾何非確定性誤差時，通過測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)測量的高階連續(xù)分段五次樣條擬合方法、法向矢量估計方法，并以機(jī)器人攪拌摩擦焊接為例，實(shí)現(xiàn)了針對非確定性幾何信息的機(jī)器人測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)動動態(tài)特性非確定性軌跡規(guī)劃方面提出一種運(yùn)動特性多目標(biāo)軌跡規(guī)劃方法。在已知機(jī)械臂目標(biāo)位置的情況下，針對機(jī)器人中間運(yùn)動過程動態(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)動力學(xué)性能的同時，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)動行程較短、運(yùn)動時間較短，并且能夠使整個機(jī)械臂成功避開障礙的一條理想軌跡，實(shí)現(xiàn)了動態(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)動規(guī)劃技術(shù)前言（3）在機(jī)器人運(yùn)動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)動和傳感誤差影響時的軌跡規(guī)劃和軌跡成功概率評估方法。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，對機(jī)器人系統(tǒng)各位置在整個運(yùn)動過程的誤差概率分布進(jìn)行估計，并計算機(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)，對本書提出的軌跡規(guī)劃算法開展了系統(tǒng)仿真和實(shí)驗驗證，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