改进人工势场引导的双向扩展随机树路径规划算法

针对地面移动机器人在复杂环境之下要求规划路径实时性强、路线平滑度高、避障精确完备等需求,在快速扩展随机树算法(RRT)的基础之上,提出一种由改进人工势场法(APF)引导的双向扩展随机树算法(APF-Bi-RRT^(*))。首先,在每次迭代的过程之中两棵随机树同时分别从起始点和目标点进行扩展,以加快算法收敛速度;其次,在算法随机树生长方向上,引入目标偏置策略来优化随机子节点的选取,并在随机树和障碍物中加入人工势场分量,限制路径方向选择的随机性,改进算法克服引力和斥力过大导致陷入局部最优值或目标不可达的问题;最后,在形成锯齿型规划路径之上应用一种采样优化和关键节点平滑策略,进一步缩短和平滑原路径的总距离。对比实验结果证明,该算法既克服了传统随机树算法的节点盲目扩展的问题,又兼顾了生成路径的效率和平滑性,与目标偏置RRT算法相比,在规划路径长度上减少了9.7%左右,在运行时间上缩短了65.3%左右,在算法迭代次数上减少了78.2%左右。

麻雀搜索算法-粒子群算法与快速扩展随机树算法协同优化的智能车辆路径规划

针对智能汽车在面对多样化工作场景时其路径规划算法存在响应时间长、规划效率低的问题,提出了多元协同优化策略。首先,融合麻雀搜索算法(SSA)的警惕机制与粒子群算法(PSO)的种群寻优特性,对PSO算法中的惯性权重因子和学习因子进行优化;其次,提出“三角布线”搜索规则,对快速扩展随机树算法(RRT)进行双向优化(RRT-Connect);然后,基于MATLAB软件建立了复杂环境道路仿真模型,对上述优化方案进行了仿真验证。结果表明,相较于单一的优化方案,协同优化算法在路径长度与规划时间上均具有显著的优势。对两种协同优化方案的应用场景进行了实车试验,结果显示:在局部路径规划中,SSA-PSO算法响应时间更短,规划效率更高,而在全局路径规划中,“三角布线”RRT-Connect算法更具优势。

基于改进快速扩展随机树算法的双机械臂协同避障规划方法

提出了一种基于改进RRT算法的双机械臂协同避障运动规划方法。针对静态障碍物对主臂进行避障运动规划,寻找主臂可行路径。将主臂每一时刻的运动位姿视为规划从臂运动时的动态障碍物,为从臂规划可行运动路径。为提高算法的搜索效率,利用节点剪枝择优和设置目标区域的方式使算法快速收敛。在MATLAB程序建模实验的基础上,在ADAMS中进行仿真实验,验证了该算法的有效性和可行性。

基于改进渐进最优的双向快速扩展随机树的移动机器人路径规划算法

针对带启发式的快速扩展随机树(RRT-Connect)算法路径生成的随机性以及渐进最优的双向快速扩展随机树(B-RRT~*)算法收敛速度的缓慢性,提出了一种基于B-RRT~*改进的高效路径规划算法(EB-RRT~*)。首先引入一种智能采样函数,使随机树的扩展更具方向性,从而减少寻路时间,并提高路径的平滑性;其次在B-RRT~*算法的基础上,在EB-RRT~*算法中加入了一种快速扩展策略,使改进后的算法在自由空间中使用RRT-Connect算法的扩展方式进行快速扩展,而在障碍物空间则使用改进的渐进最优的快速扩展随机树(RRT~*)算法进行扩展,在提高扩展效率的同时避免算法陷入局部最优。将EB-RRT~*算法分别与快速扩展随机树(RRT)、RRT-Connect、RRT~*和B-RRT~*算法进行仿真对比,仿真结果表明,改进后的算法在路径规划效率及路径平滑性方面均明显优于其他算法;且相对于B-RRT~*算法,其在路径规划时间上降低了68.3%,在迭代次数上减少了48.6%。

改进的快速扩展随机树路径规划算法

针对快速扩展随机树(RRT)路径规划算法缺乏稳定性和偏离最优解的问题,提出了一基于RRT的偏向性路径搜索算法(m-RRT)。m-RRT采用生成随机点向量组的形式对随机点选取策略进行了优化,改善快速扩展随机树的不确定性,减少不必要的扩展,而加快向目标位置搜索的速度,且得到的路径优于RRT算法的结果。通过其在二维平面路径规划和三维机械臂路径规划的测试,表明其具有一定的应用价值。

一种改进的快速扩展随机树航迹规划算法

针对现有航迹规划算法缺乏同时具备快速性和最优性的问题,本文提出了一种新的无人机航迹规划算法,在快速扩展随机树算法基础上,引入一个方向参数,并采用Dijkstra算法对改进算法产生的冗余节点进行处理,得到了一条优化的航迹。最后采用K航迹法进行航迹平滑处理,使得规划的航迹成为无人机的可飞航路。仿真结果表明,该算法能够在有效提高航迹产生速度的同时,可以得到近似最优的航迹。

机器人路径规划的快速扩展随机树算法综述

路径规划是移动机器人的重要研究内容。快速扩展随机树(Rapidly-Exploring Random Tree,RRT)算法因在机器人路径规划中的成功应用,自提出以来就得到了极大的研究与发展。快速扩展随机树作为一种新颖的随机节点采样算法,相对传统路径规划算法,具有建模时间短、搜索能力强、方便添加非完整约束等优点。介绍了快速扩展随机树算法的基本原理与性质,并从单向随机树扩展、多向随机树扩展、其他改进等方面概括了算法的研究现状。最后,展望了算法未来的研究方向与挑战。

基于引导扩展的快速随机搜索树算法

针对移动机器人在路径规划过程中,快速扩展随机树(RRT)算法随机性强、搜索无偏向性以及在较窄出口环境下搜索效率明显下降等问题,提出一种基于障碍物有效顶点引导扩展的改进算法。该算法通过对碰撞障碍物分析,选取障碍物有效顶点引导随机树扩展,从而提高随机树的搜索效率。最后,在机器人操作系统(ROS)上进行仿真实验,使用ROS可视化工具(RVIZ)显示规划结果,结果显示基于障碍物有效顶点引导扩展的算法性能更优。

三维环境中机器人路径规划算法改进

为解决快速扩展随机树算法(rapid-exploration random tree,RRT*)在三维环境中盲目搜索路径以及缺乏节点扩展记忆性等问题,提出一种融合蚁群算法的双向搜索算法ACO-RRT*。为适应精细化三维建模环境和解决地面起伏不平坦等问题,对RRT*算法进行改进优化。采用双向搜索策略,在起点和终点同时运行改进后的RRT算法和蚁群算法,相向而行,对路径长度和运行时间进行优化。针对生成路径不够平滑等问题,引入B样条曲线平滑策略优化路径。仿真结果表明,所提算法能够有效用于机器人三维路径规划。

基于多策略融合的改进RRT路径规划算法

针对传统快速扩展随机树(RRT)及其衍生算法在路径规划时生成路径效率较低、无效探索点较多等问题,提出一种多策略融合的改进RRT算法。首先利用启发式选择策略确定最合适的扩展节点,然后结合基于目标偏置的自适应动态步长策略,使随机树始终向目标点区域扩展,最后通过垂距断点预优化的跳点连线策略去除冗余点,生成一条没有较大转折角的最短安全路径。通过不同复杂程度的仿真实验和现实环境实验对该算法进行测试。结果表明,与RRT、RRT*和Bi-RRT*算法相比,本文算法在时间消耗上分别减少了大约80%、50%和60%,在路径节点数上分别减少了大约65%、40%和35%。机器人依据该算法可以高效生成一条无碰撞,仅包含起始点、目标点和非突兀转折点的最优路径。

基于改进RRT算法的无人机路径规划

无人机路径规划源于机器人运动规划,是当下无人机应用研究的核心内容,对提高无人机系统在复杂环境中的作业能力起着关键作用。针对快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法进行无人机路径规划时搜索随机性高、存在冗余路径和路径平滑性差的问题,提出了一种面向无人机路径规划的改进RRT算法。改进RRT算法在RRT算法的基础上结合人工势场法中的引力函数使得随机节点的产生具有目标导向性,限制了随机树的拓展方向,从而降低了搜索的随机性;结合贪心算法对规划所得路径进行剪枝优化,去除冗余节点,缩短了路径长度;结合B样条曲线对路径进行平滑性处理,去除曲率突变的转折点,形成一条平滑的适合无人机实际飞行的路径。通过仿真软件对A^(*)算法、传统RRT算法与改进RRT算法进行对比分析,仿真结果表明,提出的改进RRT算法性能更高,在狭窄通道场景与复杂障碍物场景下相比于传统RRT算法平均规划时间各减少49.44%和17.97%,相比于A^(*)算法平均规划时间各减少了80.23%和52.93%,得到的路径更短更为平缓,同时大幅降低了RRT算法路径规划失败的可能性,验证了改进RRT算法的可行性与有效性,解决了原算法随机性高、存在冗余路径和平滑性差的问题。

基于改进RRT算法的电缆敷设算法设计

为提高发电工程电缆敷设效率与准确性,采用快速扩展随机树(RRT)算法来设计电缆敷设算法,设计了电缆通道、敷设搜索树、敷设路径等计算要素的数据结构,结合渐进最优的RRT*算法的“重连”操作来优化电缆路径长度,设定了电缆属性、容积率、电缆弯曲限制等敷设条件。通过通道修剪、迭代约束、终点导向、多点扩展、路径复用等多种方式优化了敷设算法。

一种基于RRT-ConCon改进的路径规划算法

针对RRT算法缺乏稳定性和收敛速度慢的问题,基于RRT-ConCon算法和朝向目标搜索的策略,提出了一种改进的双向搜索路径规划算法.该算法通过改变两条搜索路径的临时扩展目标点,使搜索路径不仅易于朝着目标点方向生长,而且提高了算法的稳定性,同时可以保证规划的路径接近最优解.改进的RRT-ConCon算法利用随机节点生成函数,使朝着目标点生长的搜索路径避免陷入局部极小值.同时,为了测试各种仿真实验环境,还设计了一种仿真实验环境平台,实验结果验证了本算法的有效性和稳定性.

改进RRT算法陷阱空间下的无人机航迹规划

针对大部分航迹规划算法在陷阱空间下,存在规划时间长、成功率低的问题,提出了一种改进RRT算法。通过将人与RRT算法相结合,由人设置虚拟目标点,引导航迹搜索走出陷阱空间;同时对节点扩展进行优化,保证航迹搜索在可行域内;并设置快速收敛策略,删除冗余节点,使航迹搜索速度加快。最后,通过仿真验证表明,该方法在陷阱空间规划中具有良好的效果,可快速规划可行航迹。

改进RRT的移动机器人路径规划算法

针对快速扩展随树算法(RRT)在移动机器人路径规划中随机性强、转折点多、存在大量冗余点的缺点,提出了一种基于单元分解法的改进RRT算法。首先在算法初始阶段,利用单元分解法将地图划分为可行区域与障碍区域;后根据区域与区域之间邻接关系,将随机采样点的选择固定在邻居区域内,直至扩展到目标点所在区域;并对搜索到的最终路径进行优化处理,改善路径转折点过多的问题。仿真结果表明,改进RRT算法生成的路径长度更短、消耗时间更少,最后将改进RRT算法应用在实际移动机器人中,进一步证明改进算法的实用性和有效性。

基于改进RRT算法的无人机三维避障规划

RRT算法由于其在复杂环境中有强大的随机搜索能力,在无人机避障规划中被广泛运用。为了提高无人机避障规划的效率,提出了一种基于预规划路径优化RRT算法的无人机三维避障规划算法。算法首先在障碍物膨胀规则和相交规则下生成预规划路径,然后将预规划路径看做成连续的质点组成,按一定的扩展树步长的比例从连续质点取点来确定搜索树的随机状态点,最后RRT算法在这些随机状态点的引导下进行搜索,生成避障规划路径。仿真结果表明,改进的RRT算法生成的预规划路径降低了障碍物搜索的时间和增强了搜索树扩展的方向性;预先确定的随机状态点使搜索树在扩展中具有方向性,可减少新生节点的个数和路径长度,进而提高了无人机避障路径规划的效率,使得最终生成避障路径的时间更优。

基于JPS策略的改进RRT^(*)移动机器人全局路径规划算法

针对渐进最优快速扩展随机树(RRT^(*))算法在移动机器人路径规划中存在的收敛速度慢、消耗资源大、路径平滑度较低等问题,提出一种基于跳点搜索(JPS)策略的RRT^(*)算法。该算法在随机树扩展初期构建新的路径规划区域,查询是否存在一条目标点路径;在随机树扩展过程中,利用JPS搜索策略减少算法寻路过程中计算节点的数量。利用不同规格的栅格地图进行的仿真实验结果表明,相比于RRT^(*)算法,改进的RRT^(*)算法寻路效率更高、路径质量更优。最后,将两种算法在相同环境下进行路径规划实验。结果证明,改进的RRT*算法是一种有效、可行的改进算法,且寻路效率提升20%以上。

基于采样空间约束的改进RRT算法

由于水下环境比陆地环境复杂,在进行机器人水下路径规划时,利用传统算法规划的路径质量较差。为此,提出一种基于采样空间约束的改进快速扩展随机树(RRT)算法。首先,提取边界点,通过凸包算法划定障碍范围;其次,利用膨胀算法对划定的范围做区域膨胀,对采样空间进行约束;最后,通过对随机节点的四个特征进行计算,确定采样点的概率,为采用点的选择提供导向性,缩短因采样空间过大而导致过长寻路时间,提高路径质量。通过在PyCharm环境下的仿真实验对比RRT算法、RRT*算法和改进后的RRT算法,实验结果表明改进的RRT算法各项性能均优于RRT算法和RRT*算法。

基于改进RRT-Connect算法的路径规划研究

传统移动机器人的路径规划算法环境障碍建模复杂且容易陷入局部最小值,而基于采样的快速扩展随机树(RRT)算法通过随机节点快速扩展路径搜索效率低。RRT-Connect算法在RRT算法基础上提升了搜索效率,但存在路径曲折的问题。为此,在RRT-Connect算法基础上通过加入人工势场引导增长方法和目标偏置采样方法,改进算法规划路径的平滑性和速度。为验证改进算法的有效性,与RRT算法、RRT-Connect算法在不同复杂度环境中的执行性能进行比较。仿真实验的结果表明,改进算法在三种不同环境下的路径规划时间和路径规划长度以及标准差稳定性方面均优于其他两种算法。

基于改进RRT算法的移动机器人路径规划

为了大大降低移动机器人的移动代价,路径规划系统必须为移动机器人设计出一条安全系数高,移动时间短,电量消耗少的最优路径,同时还必须满足移动机器人准确避开障碍物的物理特性。根据上述研究目的和要求,选择快速扩展随机树(RRT)作为路径规划算法的主体,嵌入Dijkstra算法对RRT算法加以改进,从而实现移动机器人最小代价路径的规划仿真。