任务规划与航迹生成一体化指南

📚 共计 30 章节

任务规划概述

定义、发展历程、核心要素（任务、资源、约束、目标）与应用领域（无人机、机器人、自动驾驶）

基础无人机

航迹生成基础

航迹与路径区别 · 数学表示（时间序列、样条曲线）· 基本流程

坐标系与坐标变换

世界/机体/传感器坐标系 · 欧拉角与四元数 · 齐次变换矩阵

栅格地图 · 八叉树 · 点云 · 拓扑 · 语义地图构建与特点

路径搜索算法（上）

Dijkstra原理、实现步骤、优缺点分析

经典图搜索

路径搜索算法（下）

A*原理 · 启发函数 · JPS · D* Lite 改进变种

启发式优化

基于采样的规划算法

RRT · RRT* · Informed RRT* · 概率完备性与渐进最优性

轨迹生成基础

多项式轨迹 · 贝塞尔 · B样条 · 最小加加速度轨迹

时间分配与速度规划

梯形速度 · S形速度 · 时间最优轨迹生成

运动学时间

运动学/动力学约束 · 环境约束（避障）· 最大速度/加速度/加加速度

多目标优化

加权求和 · 帕累托最优 · NSGA-II在航迹规划中的应用

动态环境规划

滚动时域优化 · 模型预测控制(MPC)在航迹跟踪中的应用

协同任务规划

多无人机协同 · 任务分配（匈牙利/拍卖）· 一致性协议

航迹平滑与优化

B样条拟合 · 梯度下降 · 凸优化(CVXPY)平滑应用

不确定性处理

卡尔曼滤波 · 粒子滤波 · 鲁棒优化 · 机会约束规划

强化学习在规划中的应用

Q-learning · DQN · 策略梯度方法

深度强化学习进阶

PPO · SAC · 基于模型的强化学习在航迹规划中的实践

传感器融合与定位

GPS/IMU融合 · 视觉SLAM · 激光SLAM · 因子图优化

势场法 · 速度障碍(VO) · RVO · ORCA算法

避障反应式

四旋翼无人机航迹规划

动力学模型 · 微分平坦性 · 最小时间轨迹 · 实飞验证

无人机实飞

地面机器人航迹规划

轮式模型 · Reeds-Shepp曲线 · Dubins曲线

地面非完整

自动驾驶车辆规划

行为规划 · 运动规划 · Frenet坐标系下轨迹生成

自动驾驶Frenet

水下机器人规划

水流影响建模 · 声呐约束 · 能量最优轨迹

机械臂路径规划

构型空间 · 逆运动学 · 避奇异点 · 抓取规划

机械臂操作

软件工具与框架

ROS Navigation Stack · OMPL · MoveIt · MATLAB Toolbox

仿真与验证

Gazebo · AirSim · 硬件在环测试 · 性能评估指标

实战项目一

基于A*算法的无人机二维航迹规划与可视化

实战项目二

基于RRT*的机械臂避障路径规划

实战项目三

基于MPC的无人机动态轨迹跟踪控制

前沿趋势与挑战

学习型规划器 · 端到端规划 · 安全关键系统 · 可解释性规划