MoveIt! 中笛卡尔轨迹计算的参数变更与使用指南

引言

在机器人运动规划领域，MoveIt! 作为ROS生态中最流行的运动规划框架之一，其功能迭代和API变更直接影响着开发者的使用体验。近期MoveIt!从1.1.14版本升级到1.1.15/1.1.16版本后，笛卡尔路径规划接口发生了一个重要变化——移除了jump_threshold参数。这一变更虽然提高了系统稳定性，但也给部分开发者带来了困惑。

接口变更背景

在MoveIt! 1.1.14及更早版本中，compute_cartesian_path函数接受四个参数：

• waypoints：末端执行器需要经过的位姿序列
• eef_step：轨迹点之间的最大距离(米)
• jump_threshold：配置空间中连续点之间的最大允许距离
• avoid_collisions：是否避免碰撞

其中jump_threshold参数原本用于控制配置空间中连续轨迹点之间的最大距离，理论上可以防止关节空间中的突变。然而实际应用中，这个参数的实现方式存在缺陷，经常导致规划失败或其他问题。因此，开发团队决定在1.1.15版本中移除此参数，以提升系统的整体稳定性。

新版接口使用方式

从MoveIt! 1.1.15开始，compute_cartesian_path函数的签名变为：

def compute_cartesian_path(
        self,
        waypoints,
        eef_step,
        avoid_collisions=True,
        path_constraints=None
    ):

主要变化：

1. 移除了jump_threshold参数
2. 保留了eef_step参数用于控制笛卡尔空间中的轨迹精度
3. 增加了path_constraints参数用于指定路径约束

典型调用方式示例：

(plan, fraction) = move_group.compute_cartesian_path(
    waypoints,  # 路径点序列
    0.01,       # eef_step，控制轨迹精度
    avoid_collisions=False,
    path_constraints=None
)

技术影响分析

1. 稳定性提升：移除有问题的jump_threshold实现后，笛卡尔路径规划的成功率提高
2. 简化接口：参数减少使API更简洁，降低了使用复杂度
3. 功能完整性：核心功能不受影响，仍可通过eef_step控制轨迹精度
4. 向后兼容性：需要修改旧代码以适应新接口

迁移建议

对于从旧版本升级的用户：

1. 检查所有调用compute_cartesian_path的地方，移除jump_threshold参数
2. 如果之前依赖jump_threshold来防止关节突变，可以考虑：
   • 增加轨迹点的密度(减小eef_step)
   • 添加适当的路径约束
   • 在轨迹执行阶段添加速度/加速度限制
3. 更新相关文档和注释，避免混淆

常见问题解答

Q: 移除jump_threshold后如何防止关节空间突变？ A: 可以通过减小eef_step值来增加轨迹点密度，使关节运动更加平滑。此外，MoveIt!内部已经优化了轨迹生成算法，即使没有显式的jump_threshold检查，也能生成合理的轨迹。

Q: 为什么文档中还有jump_threshold的说明？ A: 这是一个文档同步滞后问题，最新代码仓库已经更新了文档。

结论

MoveIt! 1.1.15+版本中笛卡尔路径规划接口的变更是框架持续优化的一部分。虽然需要开发者进行少量代码调整，但带来的稳定性提升是值得的。理解这一变更背后的技术考量，有助于开发者更好地利用MoveIt!的强大功能，构建更可靠的机器人应用。

对于新项目，建议直接使用最新接口；对于已有项目，按照上述建议进行平滑迁移即可。随着MoveIt!的持续发展，我们期待看到更多这样的优化改进，推动整个ROS机器人生态向前发展。