Bewegungsplanning

Bewegungsplanung bezeichnet die rechnerische Erzeugung einer Sequenz von Zuständen oder Handlungen, die ein System von einem Ausgangs- zu einem Zielzustand führt, wobei Dynamik, Kinematik und Umweltbedingungen berücksichtigt werden. Sie ist zentral in Robotik, Biomechanik und Neurowissenschaften. In der Robotik wird der Begriff oft mit Bewegungs- bzw. Trajektorienplanung assoziiert, wobei zwischen geometrischer Pfadplanung und kinodynamischer Planung unterschieden wird.

Geometrische Pfadplanung legt eine räumliche Route fest, Trajektorienplanung ergänzt sie um zeitliche Profile wie Geschwindigkeit und Beschleunigung. Kinodynamische Planung berücksichtigt Trägheiten und Systemgrenzen. Typische Algorithmusklassen sind sampling-basierte Methoden (RRT, PRM) und Optimierungsverfahren (direkte Kollokation, SQP). In Echtzeit kommen Receding-Horizon-Ansätze bzw. Model Predictive Control zum Einsatz, um Pläne an Sensorinformationen anzupassen.

Biologische Bewegungsplanung umfasst die Absicht, eine Bewegung zu planen, inklusive Sequenz von Muskelaktivierungen und erwarteter Sinnesrückkopplung. Planungszeiten hängen von Aufgabenkomplexität ab und arbeiten mit internen Modellen sowie Feedback-Mechanismen, um Unsicherheiten zu handhaben.

Anwendungen finden sich in der Manipulatorik, mobilen Robotern, Prothetik und Rehabilitation. Zentrale Herausforderungen sind Robustheit gegenüber Unsicherheiten, Rechenaufwand, Mehrziel- und Mehrkollisionen-Szenarien sowie die Integration mit Sensorik und Steuerung.