在 MoveIt 中，RRT 算法可以用于機(jī)器人的路徑規(guī)劃。具體來說，MoveIt 中實(shí)現(xiàn)了兩種 RRT 算法：RRT Connect 和 RRT*。這些算法的主要目標(biāo)是在給定的時間內(nèi)在機(jī)器人自由度空間中找到可行的路徑，避開障礙物并滿足約束條件。

RRT Connect 算法是一種基于樹搜索的算法，通過從起始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)分別開始，不斷擴(kuò)展樹來連接起始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)，直到兩個樹連接在一起，形成一條可行路徑。在這個過程中，算法還會對樹進(jìn)行修剪和重連操作，以提高路徑質(zhì)量和效率。

RRT* 算法是 RRT Connect 的改進(jìn)版本，通過引入優(yōu)化算法，它能夠找到全局最優(yōu)解，并且在搜索過程中保證路徑趨于平滑。RRT* 通過引入一種稱為“代價（cost）”的概念，將路徑規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為一個最小化代價的問題。通過不斷迭代，它可以得到一個較優(yōu)的路徑。

在 RRT 算法找到路徑后，MoveIt 會將路徑轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂的關(guān)節(jié)軌跡，這個過程包括從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的關(guān)節(jié)運(yùn)動規(guī)劃和軌跡生成。MoveIt 還會實(shí)現(xiàn)基于關(guān)節(jié)空間的反向運(yùn)動學(xué)（IK）求解器，以確保機(jī)械臂能夠執(zhí)行規(guī)劃的路徑。最終，MoveIt 會將機(jī)械臂的控制指令發(fā)送給機(jī)械臂控制器，控制機(jī)械臂按照規(guī)劃的路徑執(zhí)行運(yùn)動。

具體地，在RRT算法找到路徑后，MoveIt會將路徑轉(zhuǎn)化為機(jī)械臂的關(guān)節(jié)軌跡，MoveIt會對路徑上的每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)反解，得到機(jī)械臂的關(guān)節(jié)狀態(tài)，然后使用插值方法在路徑上生成一組機(jī)械臂的關(guān)節(jié)狀態(tài)序列，這些狀態(tài)序列組成了機(jī)械臂的關(guān)節(jié)軌跡。

插值方法可以根據(jù)具體需求選取，例如多項(xiàng)式插值、線性插值、樣條插值等，這些方法可以生成平滑且符合機(jī)械臂動力學(xué)約束的關(guān)節(jié)軌跡，從而確保機(jī)械臂在運(yùn)動過程中不會發(fā)生抖動或其他意外的運(yùn)動。

最后，MoveIt將生成的關(guān)節(jié)軌跡發(fā)送給機(jī)械臂的控制器，由控制器對機(jī)械臂進(jìn)行控制，使機(jī)械臂按照規(guī)劃好的關(guān)節(jié)軌跡運(yùn)動。

注：RRT算法生成的路徑和插值生成的軌跡是分開進(jìn)行的。在RRT算法搜索到一條路徑之后，該路徑仍然是離散的，路徑上的每個點(diǎn)都是機(jī)器人可以到達(dá)的狀態(tài)，但是這些點(diǎn)之間并沒有規(guī)定機(jī)器人應(yīng)該如何移動。因此，需要對路徑進(jìn)行插值以生成一條平滑的軌跡，以指導(dǎo)機(jī)器人實(shí)際的運(yùn)動。這個插值過程是在路徑生成之后進(jìn)行的，而不是同時進(jìn)行的。

import sys
import copy
import rospy
import moveit_commander
import moveit_msgs.msg
import geometry_msgs.msg
import numpy as np

from moveit_msgs.msg import RobotTrajectory
from trajectory_msgs.msg import JointTrajectory, JointTrajectoryPoint
from rrt_planner import RRTPlanner

# 初始化 MoveIt 和 RRT 規(guī)劃器
moveit_commander.roscpp_initialize(sys.argv)
rospy.init_node('rrt_planner_demo', anonymous=True)

robot = moveit_commander.RobotCommander()
scene = moveit_commander.PlanningSceneInterface()
group_name = "manipulator"
move_group = moveit_commander.MoveGroupCommander(group_name)
planning_frame = move_group.get_planning_frame()

# 設(shè)置起始點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)
start_joint_values = [0, -np.pi/4, 0, -np.pi/2, 0, np.pi/3, 0]
goal_joint_values = [-np.pi/2, -np.pi/4, np.pi/2, -np.pi/2, -np.pi/2, 0, 0]

move_group.set_start_state_to_current_state()
move_group.set_joint_value_target(goal_joint_values)

# 使用 RRT 規(guī)劃器進(jìn)行路徑規(guī)劃
rrt_planner = RRTPlanner(start_joint_values, goal_joint_values, move_group)
path = rrt_planner.plan_path()

# 使用五次多項(xiàng)式插值對路徑進(jìn)行平滑化
traj = move_group.retime_trajectory(move_group.get_current_state(), path, 0.8, 0.1)

# 將軌跡轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)軌跡并發(fā)送給機(jī)械臂執(zhí)行
joint_traj = JointTrajectory()
joint_traj.joint_names = traj.joint_trajectory.joint_names

for point in traj.joint_trajectory.points:
    joint_traj_point = JointTrajectoryPoint()
    joint_traj_point.positions = point.positions
    joint_traj_point.velocities = point.velocities
    joint_traj_point.time_from_start = point.time_from_start
    joint_traj.points.append(joint_traj_point)

move_group.execute(joint_traj, wait=True)

# 關(guān)閉 MoveIt
moveit_commander.roscpp_shutdown()

其中，RRTPlanner 是一個自定義的 RRT 規(guī)劃器，它實(shí)現(xiàn)了 plan_path() 方法，返回規(guī)劃的路徑。move_group.retime_trajectory() 方法實(shí)現(xiàn)了五次多項(xiàng)式插值對路徑進(jìn)行平滑化，并返回規(guī)劃的軌跡。最后，將軌跡轉(zhuǎn)化為關(guān)節(jié)軌跡并通過 move_group.execute() 方法發(fā)送給機(jī)械臂執(zhí)行。

補(bǔ)充：

1、RRT*算法和RRT-Connect算法都是路徑規(guī)劃算法，它們的主要目的是生成一條機(jī)器人從起點(diǎn)到終點(diǎn)的優(yōu)化路徑。

具體來說，這兩種算法通過構(gòu)建RRT樹來搜索機(jī)器人的可行路徑，并在不斷優(yōu)化樹結(jié)構(gòu)的過程中，逐步生成一條高質(zhì)量的路徑。RRT算法和RRT-Connect算法的主要區(qū)別在于，RRT算法更注重優(yōu)化路徑質(zhì)量，而RRT-Connect算法更注重算法的運(yùn)行效率。

總之，無論是RRT*算法還是RRT-Connect算法，它們都是路徑規(guī)劃算法，旨在生成一條機(jī)器人的優(yōu)化路徑。

2、

RRT*算法和RRT-Connect算法本質(zhì)上是路徑規(guī)劃算法，旨在生成一條機(jī)器人的優(yōu)化路徑。因此，它們可以用于軌跡規(guī)劃，但需要進(jìn)行額外的處理。

在將RRT*算法和RRT-Connect算法用于軌跡規(guī)劃時，可以通過在路徑上插值的方式來生成機(jī)器人的運(yùn)動軌跡。例如，可以使用多項(xiàng)式插值或樣條插值等技術(shù)來生成平滑的軌跡，以滿足機(jī)器人的運(yùn)動要求。

需要注意的是，由于RRT*算法和RRT-Connect算法是路徑規(guī)劃算法，它們生成的路徑并不一定滿足機(jī)器人的動力學(xué)約束和其他限制條件。因此，在將這些算法用于軌跡規(guī)劃時，需要對生成的路徑進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化和修正，以滿足機(jī)器人的實(shí)際要求

3、RRT算法和RRT-Connect算法可以用于軌跡規(guī)劃，但需要進(jìn)行一些擴(kuò)展和改進(jìn)。由于機(jī)器人在軌跡規(guī)劃過程中需要滿足動力學(xué)約束、速度限制等一些物理限制條件，因此在算法設(shè)計(jì)時需要將這些限制條件考慮在內(nèi)，以保證生成的軌跡滿足機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性。這一般需要在算法中引入一些軌跡評估函數(shù)或代價函數(shù)，以確保生成的軌跡不僅滿足起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的連續(xù)性和可行性，還能夠滿足一些其他的物理限制條件，如最小化軌跡的總長度或總時間，最小化軌跡的曲率等。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，RRT算法和RRT-Connect算法往往需要結(jié)合其他的規(guī)劃方法和技術(shù)，如優(yōu)化算法、插值算法、非線性規(guī)劃等，以實(shí)現(xiàn)更加精確和高效的軌跡規(guī)劃文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-430517.html