Kinodynamisk

Kinodynamisk är ett begrepp inom robotik och datorvetenskap som beskriver planering och genomförande av rörelser under både kinematiska och dynamiska begränsningar. I kinodynamisk planering beaktas inte bara vilka positioner som är geometriskt möjliga, utan även hur krafter, moment, massor och begränsningar i hastighet och acceleration påverkar vilka rörelser som är genomförbara med givna aktuatorer. Begreppet är centralt i motion planning och i styr- och robotkontroll där det är viktigt att föreslagna banor är realistiska att utföra.

Tekniskt innebär kinodynamisk planering att tillståndsrum inkluderar inte bara position utan ofta även hastighet (och ibland acceleration), och att styrsignaler kopplas till förändringar i tillståndet genom differentialekvationer eller andra dynamiska modeller. Målet är att hitta en bana och ofta en tidsprofil som överensstämmer med fysikaliska och operativa begränsningar, såsom maxhastigheter, maxaccelerationer och kraft-/momentbegränsningar.

Algoritmerna för kinodynamisk planering är ofta anpassningar av traditionella rörelseplaneringsmetoder som RRT eller PRM till differentialkonstraints. Exempelvis kinodynamiska varianter av RRT kan utforska tillståndsrum med både position och hastighet och använda dynamiska ekvationer för att utvärdera om ett godtyckligt uppsättningar är genomförbara. Tidsparameterisering kan också införas för att få kontinuerliga, tidsmässigt sammanhängande banor.

Tillämpningar finns inom robotik och autonoma system, till exempel drönare och autonoma fordon, robotarmar med torquebegränsningar och humanoida robotar som måste följa dynamiska begränsningar i verkliga miljöer. Kinodynamisk planering står i kontrast till ren kinematisk planering och kompletterar kontrollsystem genom att leverera planer som kan realiseras av fysiska aktuatorer under realistiska förhållanden.

---