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最小加加速度轨迹

Minimum-Jerk Trajectory进阶

让加加速度(加速度的变化率)平方积分最小的轨迹,运动平滑、接近人手动作。

Jerk(加加速度、急动度)是加速度对时间的导数,jerk 大意味着运动突兀、冲击大。最小加加速度轨迹就是在给定起点、终点和时长时,让 jerk 平方的积分最小的轨迹。最有名的出处是 Flash 与 Hogan 1985 年发表在 Journal of Neuroscience 的论文:人手在平面上的点到点伸手动作近似直线、速度曲线呈钟形,与这个模型的预测一致。一维、起止速度和加速度都为 0 时,解是一个五次多项式:x(t) = x₀ + (x_f − x₀)(10τ³ − 15τ⁴ + 6τ⁵),x₀、x_f 是起点和终点,τ = t/T 是归一化时间,T 是总时长。所以它正是五次多项式插值在边界速度、加速度为零时的特例。机器人里常用它生成点到点运动或平滑插值,减少对电机和减速器的冲击。若改为限制 jerk 的最大值而非最小化其积分,就是 S 型速度曲线的思路。

例子机械臂把杯子从桌面一处移到另一处、总时长 2 秒:按上面的公式插值,末端速度从 0 平滑升到中点时最大、再平滑降回 0,起步和停下都没有顿挫。

也叫
最小急动度轨迹、最小 jerk 轨迹、Minimum Jerk
相关
加加速度、五次多项式插值、S 型速度曲线、轨迹规划、最小 Snap 轨迹(微分平坦)、时间参数化
来源
Flash & Hogan (1985), The coordination of arm movements: an experimentally confirmed mathematical model, J. Neurosci. 5(7):1688–1703

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