moveit中的rrt算法是如何进行轨迹规划并控制机械臂的_rrt机械臂轨迹跟踪

在 MoveIt 中，RRT 算法可以用于机器人的路径规划。具体来说，MoveIt 中实现了两种 RRT 算法：RRT Connect 和 RRT*。这些算法的主要目标是在给定的时间内在机器人自由度空间中找到可行的路径，避开障碍物并满足约束条件。

RRT Connect 算法是一种基于树搜索的算法，通过从起始状态和目标状态分别开始，不断扩展树来连接起始状态和目标状态，直到两个树连接在一起，形成一条可行路径。在这个过程中，算法还会对树进行修剪和重连操作，以提高路径质量和效率。

RRT* 算法是 RRT Connect 的改进版本，通过引入优化算法，它能够找到全局最优解，并且在搜索过程中保证路径趋于平滑。RRT* 通过引入一种称为“代价（cost）”的概念，将路径规划问题转化为一个最小化代价的问题。通过不断迭代，它可以得到一个较优的路径。

在 RRT 算法找到路径后，MoveIt 会将路径转化为机械臂的关节轨迹，这个过程包括从起始状态到目标状态的关节运动规划和轨迹生成。MoveIt 还会实现基于关节空间的反向运动学（IK）求解器，以确保机械臂能够执行规划的路径。最终，MoveIt 会将机械臂的控制指令发送给机械臂控制器，控制机械臂按照规划的路径执行运动。

具体地，在RRT算法找到路径后，MoveIt会将路径转化为机械臂的关节轨迹，MoveIt会对路径上的每个节点进行运动学反解，得到机械臂的关节状态，然后使用插值方法在路径上生成一组机械臂的关节状态序列，这些状态序列组成了机械臂的关节轨迹。

插值方法可以根据具体需求选取，例如多项式插值、线性插值、样条插值等，这些方法可以生成平滑且符合机械臂动力学约束的关节轨迹，从而确保机械臂在运动过程中不会发生抖动或其他意外的运动。

最后，MoveIt将生成的关节轨迹发送给机械臂的控制器，由控制器对机械臂进行控制，使机械臂按照规划好的关节轨迹运动。

注：RRT算法生成的路径和插值生成的轨迹是分开进行的。在RRT算法搜索到一条路径之后，该路径仍然是离散的，路径上的每个点都是机器人可以到达的状态，但是这些点之间并没有规定机器人应该如何移动。因此，需要对路径进行插值以生成一条平滑的轨迹，以指导机器人实际的运动。这个插值过程是在路径生成之后进行的，而不是同时进行的。

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 规划器
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()
 
# 设置起始点和目标点
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 规划器进行路径规划
rrt_planner = RRTPlanner(start_joint_values, goal_joint_values, move_group)
path = rrt_planner.plan_path()
 
# 使用五次多项式插值对路径进行平滑化
traj = move_group.retime_trajectory(move_group.get_current_state(), path, 0.8, 0.1)
 
# 将轨迹转化为关节轨迹并发送给机械臂执行
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)
 
# 关闭 MoveIt
moveit_commander.roscpp_shutdown()

其中，RRTPlanner 是一个自定义的 RRT 规划器，它实现了 plan_path() 方法，返回规划的路径。move_group.retime_trajectory() 方法实现了五次多项式插值对路径进行平滑化，并返回规划的轨迹。最后，将轨迹转化为关节轨迹并通过 move_group.execute() 方法发送给机械臂执行。

补充：

1、RRT*算法和RRT-Connect算法都是路径规划算法，它们的主要目的是生成一条机器人从起点到终点的优化路径。

具体来说，这两种算法通过构建RRT树来搜索机器人的可行路径，并在不断优化树结构的过程中，逐步生成一条高质量的路径。RRT算法和RRT-Connect算法的主要区别在于，RRT算法更注重优化路径质量，而RRT-Connect算法更注重算法的运行效率。

总之，无论是RRT*算法还是RRT-Connect算法，它们都是路径规划算法，旨在生成一条机器人的优化路径。

2、

RRT*算法和RRT-Connect算法本质上是路径规划算法，旨在生成一条机器人的优化路径。因此，它们可以用于轨迹规划，但需要进行额外的处理。

在将RRT*算法和RRT-Connect算法用于轨迹规划时，可以通过在路径上插值的方式来生成机器人的运动轨迹。例如，可以使用多项式插值或样条插值等技术来生成平滑的轨迹，以满足机器人的运动要求。

需要注意的是，由于RRT*算法和RRT-Connect算法是路径规划算法，它们生成的路径并不一定满足机器人的动力学约束和其他限制条件。因此，在将这些算法用于轨迹规划时，需要对生成的路径进行进一步优化和修正，以满足机器人的实际要求

3、RRT算法和RRT-Connect算法可以用于轨迹规划，但需要进行一些扩展和改进。由于机器人在轨迹规划过程中需要满足动力学约束、速度限制等一些物理限制条件，因此在算法设计时需要将这些限制条件考虑在内，以保证生成的轨迹满足机器人的运动学和动力学特性。这一般需要在算法中引入一些轨迹评估函数或代价函数，以确保生成的轨迹不仅满足起点和终点之间的连续性和可行性，还能够满足一些其他的物理限制条件，如最小化轨迹的总长度或总时间，最小化轨迹的曲率等。因此，在实际应用中，RRT算法和RRT-Connect算法往往需要结合其他的规划方法和技术，如优化算法、插值算法、非线性规划等，以实现更加精确和高效的轨迹规划