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非完整约束

Nonholonomic Constraint进阶

只限制速度方向、又不能积分成位置限制的约束,典型如轮子不能横移。

非完整约束是对系统速度的限制,而且这种限制无法积分成只含位置的方程;「完整」一词由赫兹在 1894 年引入。最常见的来源是轮子纯滚动不打滑:差速小车在位姿 (x, y, θ) 下必须满足 ẋ·sinθ − ẏ·cosθ = 0,x、y 是位置,θ 是朝向,意思是任何瞬间都不能横着走。它减少了每一刻可选的速度方向,却不减少能到达的位姿:车照样能停进任何车位,只是要像侧方停车那样前后倒几把。所以轮式底盘的规划不能直接做直线插值,要用混合 A* 这类考虑转向约束的方法;想摆脱它就换麦克纳姆轮等全向底盘。手指在物体表面滚动的抓取接触也属于这类约束。

例子扫地机器人想往正左方平移 20 厘米,不能直接横移,只能原地转 90° 再前进,或者前后倒车调整,这就是非完整约束在起作用。

也叫
非完整系统、Nonholonomic System、不可积约束、Nonintegrable Constraint
相关
差速驱动运动学、构型空间、广义坐标、混合 A*、麦克纳姆轮、动力学约束规划
来源
Wikipedia: Nonholonomic system
Modern Robotics (Lynch & Park), Sec. 2.4 Holonomic and nonholonomic constraints

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