1、路径规划概述：什么是路径规划、路径规划在嵌入式系统中的应用、课程整体框架与学习路线
1.1 到底什么是路径规划？
先问大家一个问题：你让扫地机器人去扫客厅，它怎么知道从充电座走到沙发底下，还不撞到茶几腿？
这就是路径规划要解决的事。说白了，就是在给定环境中，找出一条从起点到终点的可行路径，同时满足某些约束条件。约束可能是最短距离、最少时间、最低能耗，或者——不能撞墙。
我刚开始接触这个领域时，觉得不就是找条路嘛，有什么难的？直到我在一个AGV项目里，车子在仓库里绕了十分钟还没找到货架……嗯，那时候我才意识到，路径规划远没我想的那么简单。
路径规划通常包含两个层次：
- 全局路径规划：事先知道地图，规划出一条宏观路线。好比你看高德地图，从北京到上海，先定个大致方向。
- 局部路径规划：边走边看，实时避障。好比你在高速上开车，前面突然有辆车急刹，你得立刻变道或减速。
两者缺一不可。全局规划给你方向，局部规划保你安全。
核心要点：路径规划 = 全局规划（宏观路线）+ 局部规划（实时避障）。两者配合，才能让机器人真正动起来。
1.2 路径规划在嵌入式系统中的应用
你可能会问：路径规划不是算法吗？跟嵌入式有什么关系？
关系大了去了。我做过一个无人机编队项目，算法在PC上跑得飞快，一移植到STM32上，直接卡死。为什么？嵌入式平台的算力、内存、功耗都是硬约束。
路径规划在嵌入式系统中的应用，我归纳为三类：
| 应用场景 | 典型设备 | 核心挑战 |
|---|---|---|
| 家用服务机器人 | 扫地机、割草机 | 低成本MCU、实时性要求高 |
| 工业AGV/AMR | 仓储搬运车、巡检机器人 | 多机协同、动态避障 |
| 无人机/无人车 | 四旋翼、配送小车 | 3D空间规划、低延迟 |
举个例子。我在做扫地机项目时，用的是一颗主频200MHz的Cortex-M4芯片，RAM只有256KB。你想想看，A*算法里开一个1000x1000的栅格地图，光存储就要1MB——根本放不下。所以嵌入式路径规划，核心就是做减法：压缩地图、简化算法、用空间换时间。
我的经验：嵌入式路径规划，80%的精力花在资源优化上，只有20%花在算法本身。别一上来就搞什么RRT*、Hybrid A*，先问问你的芯片答不答应。
1.3 课程整体框架与学习路线
这门课我设计了10个章节，从基础到进阶，层层递进。你不需要一口气学完，但建议按顺序来。
先看整体框架：
| 章节 | 主题 | 核心内容 |
|---|---|---|
| 第1章 | 路径规划概述 | 概念、应用、学习路线（就是本章） |
| 第2章 | 嵌入式环境与工具链 | MCU选型、RTOS、交叉编译 |
| 第3章 | 地图表示与建模 | 栅格地图、拓扑地图、八叉树 |
| 第4章 | 经典全局规划算法 | Dijkstra、A*、D* Lite |
| 第5章 | 局部规划与避障 | DWA、TEB、VFH |
| 第6章 | 采样规划算法 | RRT、RRT*、PRM |
| 第7章 | ROS导航栈实战 | move_base、costmap、plugin |
| 第8章 | 嵌入式优化与部署 | 内存优化、定点运算、查表法 |
| 第9章 | 多传感器融合 | IMU+里程计+激光/视觉 |
| 第10章 | 综合项目实战 | 从零搭建嵌入式导航小车 |
我的建议学习路线是这样的：
- 先打基础（第1-3章）：理解概念，搭好环境。别急着写代码，先把地图表示搞明白。
- 再学算法（第4-6章）：从A*开始手写，跑通后再学RRT。我建议每个算法都自己实现一遍，别光调库。
- 然后上ROS（第7章）：ROS的导航栈是工业标准，学会它，面试能加分不少。
- 最后优化与实战（第8-10章）：把算法塞进嵌入式芯片，跑起来，才算真本事。
避坑提醒：我曾经见过一个学员，一上来就啃RRT*的论文，结果连栅格地图都不会建。路径规划是工程学科，不是数学竞赛。先动手，再深究理论。
1.4 你需要准备什么？
硬件方面，我推荐三件套：
- 一块STM32F4或F7开发板（或者国产GD32、AT32也行）
- 一个激光雷达（RPLIDAR A1就够用，二手也就两三百）
- 一个带编码器的两轮差速底盘（淘宝上很多，一两百块）
软件方面：
- ROS Noetic 或 ROS2 Humble
- Keil MDK 或 STM32CubeIDE
- Python + C/C++ 基础
总投入大概500-800元，比报个培训班便宜多了。
我的建议：别一上来就买最好的硬件。我见过有人花两千块买了个工业级激光雷达，结果算法没跑通，雷达吃灰了。先用便宜的练手，跑通了再升级。
1.5 本章小结
这一章我们聊了：
- 路径规划是什么——全局+局部，缺一不可
- 在嵌入式系统中的应用——资源受限是最大挑战
- 课程框架和学习路线——按顺序来，别跳级
下一章，我会带大家搭建嵌入式开发环境。到时候咱们手把手配置工具链，把第一个路径规划demo跑起来。准备好了吗？