Hiểu một cách đơn giản: Lộ trình là một bản kế hoạch mà nhìn vào đó ngƣời ta có thể xác định đƣợc cần đi nhƣ thế nào mà không va phải những chƣớng ngại vật và đến đƣợc đích xác định.
Khái niệm cơ sở của lộ trình là không gian. Không gian nói chung chứa đựng các loại thực thể đó là: Chƣớng ngại vật (Obstacles), khoảng trống tự do (Free Space) và robot
- Chướng ngại vật: Là thành phần “ thƣờng xuyên” chiếm chỗ trong không gian, hay nói cách khác là nơi mà robot không thể đi vào. Ví dụ nhƣ bức tƣờng của một toà nhà.
- Khoảng trống tự do: Là nơi còn trống trong không gian mà robot có thể đi vào. Để quyết định xem robot có thể đi đƣợc vào đó hay không chúng ta cần tìm hiểu khái niệm Configuation Space ( Cấu hình không gian)
- Robot: Những vật thể đƣợc mô hình hoá hình học và có thể kiểm soát theo một lộ trình đã lập.
Hình 2.5 : (a) Người lập lộ trình thiết kế giải thuật lập lộ trình. ( b) Người lập lộ trình thiết kế toàn bộ máy.
Khi sử dụng một lộ trình ta cần quan tâm đến những khái niệm sau:
1. Thực thi : Thực thi lộ trình bằng cách mô phỏng hoặc trên thiết bị cơ khí thực (robot) trong thế giới vật lý thực.
2. Cải tiến : Cải tiến nó để có đƣợc một lộ trình tốt hơn.
3. Mô hình có thứ bậc : Coi lộ trình nhƣ một hành động của một lộ trình ở mức độ cao hơn.
Những khái niệm này có thể đƣợc giải thích kỹ hơn nhƣ sau:
Sự thực thi: Một lộ trình thông thƣờng đƣợc thực thi bởi một máy. Một con ngƣời cũng có thể thực thi một lộ trình. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp này chúng ta tập trung nghiên cứu quá trình thực hiện lộ trình trên máy. Có hai cách để thực hiện trên máy, đó là:
Cách 1: Trong Hình 2.5a, ngƣời lập lộ trình tạo ra một lộ trình, mã hóa nó theo một cách nào đó và nhập vào máy. Trong trƣờng hợp này sau khi đã đƣợc nhập chƣơng trình thì máy sẽ tự trị tức là tuần tự thực hiện những bƣớc của chƣơng trình và không còn sự tƣơng tác với ngƣời lập trình nữa. Tất nhiên, mô hình này có thể đƣợc mở rộng cho phép cải tiến qua thời gian để nhận những lộ trình tốt hơn; Cách tiếp cận này đã có trong những lộ trình thực
tế, tuy nhiên, chúng chƣa đƣợc ƣa chuộng bởi những lộ trình cần phải thiết kế trƣớc để tính đến thông tin mới trong thời gian thực thi.
Cách 2: Đƣợc miêu tả trong Hình 2.5 b. Trong trƣờng hợp này, lộ trình sản sinh bởi ngƣời lập lộ trình mã hóa trọn vẹn trong máy. Đây là một lộ trình đặc biệt chủ định cho máy và đƣợc thiết kế để giải quyết những nhiệm vụ đặc biệt cho trƣớc hƣớng tới ngƣời lập lộ trình. Giải thuật này chỉ hƣớng tới để thiết kế cho một số máy để giải quyết đầy đủ một số nhiệm vụ cụ thể. Khi đó chỉ cần một số ít ngƣời và máy cũng có thể giải quyết đƣợc nhiệm vụ đƣợc giao.
Sự Cải tiến: Nếu một lộ trình đƣợc sử dụng để cải tiến, thì ngƣời lập lộ trìn sẽ coi nó nhƣ đầu vào và xác định một lộ trình mới. Lộ trình mới này tính đến nhiều khía cạnh của vấn đề hơn, hoặc nó có thể đơn giản và hiệu quả hơn.
Sự cải tiến có thể đƣợc ứng dụng nhiều lần, để sản sinh một dãy các lộ trình cải tiến, khi đó lộ trình cuối cùng có sự thực thi tốt nhất.
Ví dụ:
(c) (d)
Hình 2.6. Một số lộ trình và sự cải tiến lộ trình
- Lộ trình đầu tiên (a)- di chuyển một robot di động trong nhà, chấp nhận một sự va chạm - tự do trên đƣờng đi qua tòa nhà.
- Cải tiến sang lộ trình thứ hai (b) lộ trình đòi hỏi phải thỏa mãn những sự ràng buộc cơ sở khác nhau của sự điều khiển chuyển động.
- Lộ trình thứ ba (c) xem xét làm sao để di chuyển robot dọc theo đƣờng với những tốc độ khác nhau, đồng thời quan tâm đến động lực học.
- Lộ trình thứ tƣ (d) hợp nhất thông tin phản hồi để bảo đảm rằng ngƣời máy có khả năng càng đóng càng tốt với lộ trình mặc dù hành vi là không thể đoán trƣớc.
Mô hình thứ bậc: Một lộ trình đƣợc coi nhƣ một hoạt động của một lộ trình lớn hơn.
Lộ trình nguyên bản có thể hình dung nhƣ một chƣơng trình con trong lộ trình lớn hơn. Để thực hiện đƣợc điều này lộ trình nguyên bản phải bảo đảm tính dừng, để lộ trình lớn hơn có thể thực thi chúng nhiều lần khi cần.
Mô hình có thứ bậc có thể đƣợc biểu diễn với bất kỳ số lộ trình nào, kết quả của mỗi lộ trình sẽ đƣợc lƣu trong một nút của cây lộ trình.
Nhƣ vậy mô hình chung của lộ trình có thứ bậc là một cây trong đó mỗi đỉnh của cây là một lộ trình. Đỉnh gốc là lộ trình chính. Con của một đỉnh bất kỳ là một lộ trình con. Không có giới hạn tới chiều sâu cây hoặc số các đỉnh con. Trong việc lập lộ trình có thứ bậc, dòng tƣơng tác giữa máy và môi trƣờng đƣợc vẽ nhiều hƣớng. Ví dụ, môi trƣờng E1 của máy M1, có thể chứa máy khác nhƣ M2, tƣơng tác đó với môi trƣờng E2 của nó, nhƣ trong
Hình2.7.