Bewegingsplanning

Bewegingsplanning is een onderzoeksgebied binnen robotica en computeranimatie dat zich bezighoudt met het bepalen van een reeks bewegingen die een systeem van een begintoestand naar een doeltoestand brengt, onder naleving van kinematische en dynamische beperkingen en zonder botsingen met obstakels. In de praktijk wordt vaak onderscheid gemaakt tussen padplanning en bewegingsplanning: padplanning richt zich op een sequentie van configuraties, terwijl bewegingsplanning ook tijd, snelheid en controllers meeneemt en daarmee rekening houdt met dynamica en controles.

Probleemdefinitie: men modelleert de toestandruimte, mogelijke controles en obstakels. Het doel is een haalbaar traject van begin- naar doeltoestand, mogelijk gevolgd door optimalisatiecriteria zoals minimale lengte, minimale reistijd, of minimale energie. Bewegingsplanning kan statisch (omgevingen veranderen niet tijdens planning) of dynamisch zijn, en systemen kunnen nonholonomische beperkingen of tijdsafhankelijke dynamica hebben.

Belangrijke benaderingen omvatten grafentheorie-methoden zoals A en Dijkstra voor planning in expliciete omzettingen, en probabilistische methoden zoals PRM en RRT/RRT die via steekproeven snel beslissingsruimte verkennen. Optimalisatiegerichte benaderingen zoals CHOMP, TrajOpt en STOMP verbeteren bestaande trajecten door trajecten te optimaliseren onder randvoorwaarden. Voor dynamische of veranderende omgevingen worden ook uitbreidingen zoals D Lite gebruikt voor replanning.

Kernuitdagingen: hoge-dimensionaliteit van configuratieruimten bij meertalige robotarmen, rekening houden met nonholonomische beperkingen bij mobiele platforms, handling van dynamische obstakels en onzekere sensing, en de computationele last van realtime planning en collision checking.

Toepassingen en tools: bewegingsplanning speelt een rol in industriële robotarmen, autonome voertuigen, mobiele robots en computeranimatie. Belangrijke softwarepakketten zijn onder andere OMPL (Open Motion Planning Library) en MoveIt! voor ROS, OpenRAVE en Drake. Deze systemen bieden implementaties van standaardalgoritmen, simulatie-omgevingen en benchmarks om plannen te evalueren.