空间机械臂实时避障路径规划：从三维到二维的转化与二叉树搜索

"空间机械臂在线实时避障路径规划研究 (2007年)，作者：陈靖波，赵猛，张珩，发表于《控制工程》2007年第14卷第4期" 在空间探索和操作任务中，空间机械臂起着至关重要的作用，它们需要在复杂环境中执行精确的任务，同时避免与周围障碍物发生碰撞。针对当前空间机械臂避障路径规划算法存在的计算量大、无法满足在线实时规划需求的问题，本文提出了一个新颖的方法来解决这一挑战。 首先，文章介绍了采用规则体的包络对障碍物进行建模，这种方法可以简化障碍物形状的表示，降低计算复杂性。规则体通常指的是可以通过简单的几何形状（如立方体、圆柱体等）来近似复杂形状的物体，这样可以有效地减少数据处理的复杂度。 接着，文章引入了C空间（Configuration Space）的概念，这是一种用于表示机械臂和环境之间关系的空间。通过将障碍物和机械臂映射到两个相互垂直的平面上，将原本的三维问题降维为二维问题。这种降维处理有助于简化路径规划，使得计算量显著降低，更易于实现在线实时规划。 此外，论文提出了结合二叉树逆向寻优的方法进行路径搜索。二叉树算法是一种有效的搜索策略，它能够快速地在解空间中找到最优路径。逆向寻优意味着从目标位置开始，反向寻找到达起点的无碰撞路径，这在空间机械臂避障规划中尤为适用，因为它可以在有限时间内找到合适的避障路径。 在实际应用中，这种方法的可行性通过在空间机器人仿真系统上进行的仿真研究得到了验证。通过这些仿真实验，可以观察到机械臂如何实时地避开障碍物并安全地到达目标位置，进一步证明了所提方法的有效性和实用性。 这篇2007年的论文提出了一种创新的路径规划策略，它克服了传统算法的局限性，实现了空间机械臂的在线实时避障路径规划。这种方法对于提高空间任务的安全性和效率具有重要意义，对后续的机器人避障研究和实践提供了有价值的参考。