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 被引量：24

1

作者 王坤 曾国辉 +2 位作者 鲁敦科 黄勃 李晓斌 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2019年第5期1312-1317,共6页

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... 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%。 展开更多

关键词 移动机器人 路径规划 快速扩展随机树 带启发式的快速扩展随机树算法 渐进最优的双向快速扩展随机树算法

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改进人工势场引导的双向扩展随机树路径规划算法

2

作者 衷卫声 闵志豪 +3 位作者 权略 熊剑 郭杭 张强 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期86-93,共8页

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... 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。 展开更多

关键词 改进人工势场法 双向快速扩展随机树 路径规划 曲线采样优化

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基于双向RRT算法的管线路径规划及建模仿真 被引量：10

3

作者 王素琴 王飞 +2 位作者 袁建平 陈晓龙 陈显龙 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2018年第6期839-845,共7页

针对传统管线路径规划算法中存在的效率低、可靠性差、不易改变等问题,提出了一种基于改进RRT算法的管线路径规划及建模仿真方法。使用双向快速扩展随机树算法,以一定概率选择目标点、增加路径缓存等方式减小随机树生长的发散性;采用贪... 针对传统管线路径规划算法中存在的效率低、可靠性差、不易改变等问题,提出了一种基于改进RRT算法的管线路径规划及建模仿真方法。使用双向快速扩展随机树算法,以一定概率选择目标点、增加路径缓存等方式减小随机树生长的发散性;采用贪心算法去除冗余路径点;采用Catmull-Rom曲线进行关键点的曲线拟合;增加管线弯曲半径约束。运用改进的RRT算法进行了管线路径规划设计,并在Unity场景实现对管线的路径规划和模拟仿真。 展开更多

关键词 管线 路径规划 双向快速扩展随机树 样条曲线

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基于目标导向的双向RRT路径规划算法 被引量：6

4

作者 韩丰键 邱书波 +2 位作者 冯超 曹启贺 李庆华 《齐鲁工业大学学报》 2021年第1期35-43,共9页

针对双向快速扩展随机树(BI-RRT)算法在路径规划中存在目标导向性差、收敛速度缓慢的问题,提出了一种目标导向的BI-RRT算法(goal-oriented BI-RRT,GOBI-RRT)。通过目标导向思想对随机树中采样点的产生进行改进,引导随机树偏向目标点生长... 针对双向快速扩展随机树(BI-RRT)算法在路径规划中存在目标导向性差、收敛速度缓慢的问题,提出了一种目标导向的BI-RRT算法(goal-oriented BI-RRT,GOBI-RRT)。通过目标导向思想对随机树中采样点的产生进行改进,引导随机树偏向目标点生长,提高了收敛速度,降低了扩展过程的复杂度。同时提出了一种圆盘k点碰撞检测算法,对圆盘式机器人是否和障碍物产生碰撞进行检测。在多个场景中进行了圆盘移动机器人的路径规划仿真实验,实验结果验证了所提算法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 路径规划 双向快速扩展随机树算法 目标导向 圆盘移动机器人 碰撞检测

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基于改进RRT的直捻机上纱机械臂路径规划

5

作者 徐巧 杨涛 +1 位作者 梅顺齐 潘松 《计算机仿真》 2024年第3期458-464,共7页

为了提高直捻机上纱机械臂的避障路径规划效率,提出一种动态目标圆采样结合回归机制的改进型双向快速扩展随机树算法(Dynamic-target-circle Sampling and Regression mechanism Bidirectional Rapidly-exploring Random Trees,DSRB-RRT... 为了提高直捻机上纱机械臂的避障路径规划效率,提出一种动态目标圆采样结合回归机制的改进型双向快速扩展随机树算法(Dynamic-target-circle Sampling and Regression mechanism Bidirectional Rapidly-exploring Random Trees,DSRB-RRT)。为解决随机树盲目采样问题,提出了一种动态目标圆采样法,引导随机树在以目标为圆心的动态圆区域内进行采样;为解决随机树拓展速度慢,提出了一种变步长变概率法,根据障碍物信息自行改变拓展步长和偏置概率,加快随机树收敛;引入了回归机制防止随机树在区域内过度采样;算法生成路径后,裁剪路径中冗余节点来缩短路径长度,并用三次B样条曲线平滑优化路径。仿真结果表明,DSRB-RRT算法相比于加入目标偏置的RRT、BI-RRT和GS-RRT在不同障碍场景下的收敛效率更高,平均路径更短。在ROS系统中对上纱机械臂进行仿真,验证了DSRB-RRT算法的有效性,可以提高机械臂路径规划效率。 展开更多

关键词 直捻机上纱 机械臂 路径规划 双向快速扩展随机树

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基于改进Bi-RRT的移动机器人路径规划算法 被引量：2

6

作者 崔春雷 陈诗豪 +1 位作者 沈超航 李锋 《计算机测量与控制》 2022年第5期181-185,共5页

双向快速扩展随机树(Bi-RRT)算法因采样点的随机性导致在复杂环境中的路径规划存在搜索时间长、采样效率低等问题,为此提出了一种改进Bi-RRT的移动机器人路径规划算法;算法引入启发式搜索策略,分别以机器人的起点和终点为中心,构造了二... 双向快速扩展随机树(Bi-RRT)算法因采样点的随机性导致在复杂环境中的路径规划存在搜索时间长、采样效率低等问题,为此提出了一种改进Bi-RRT的移动机器人路径规划算法;算法引入启发式搜索策略,分别以机器人的起点和终点为中心,构造了二维高斯分布函数,并用该概率密度函数约束采样点的生成,使得越接近目标点的空间采样点出现概率越大,同时保留部分均匀分布的采样点,这样采样过程既可以利用目标点的位置信息又保证了算法的概率完备性;通过算法设计的启发式采样点的引导,两棵随机树可以快速向着目标区域生长,降低了搜索的盲目性,提高了搜索的效率;仿真结果:相比于基本Bi-RRT算法,改进算法在复杂环境下规划时间缩短了43.9%,扩展节点数目减少了41.4%,路径长度优化了8.1%,并分析了高斯分布采样点占采样点总数的比值对算法性能的影响。 展开更多

关键词 机器人 路径规划 双向快速扩展随机树(Bi-RRT) 目标偏向性 高斯分布

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基于改进RRT-Connect的协同航迹规划 被引量：17

7

作者 张丹萌 甄子洋 陈棪 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2021年第9期25-29,共5页

提出一种基于改进双向快速扩展随机树(RRT-Connect)算法的无人机协同航迹规划方法。首先针对基本RRT-Connect算法效率较低且采样具有随机性的缺陷,提出一种改进RRT-Connect算法,通过控制采样范围、引入目标引力来降低无效采样,加快算法... 提出一种基于改进双向快速扩展随机树(RRT-Connect)算法的无人机协同航迹规划方法。首先针对基本RRT-Connect算法效率较低且采样具有随机性的缺陷,提出一种改进RRT-Connect算法,通过控制采样范围、引入目标引力来降低无效采样,加快算法的收敛性;利用混沌序列来保证采样节点一定的随机性。利用改进RRT-Connect算法考虑航迹规划模型的约束条件,并引入人工势场,提出一种协同航迹规划方法。通过仿真实验验证了改进RRT-Connect算法与基本RRT-Connect算法相比性能的优越性,以及协同航迹规划方法的有效性。 展开更多

关键词 航迹规划 双向快速扩展随机树 混沌序列 目标偏置 人工势场

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基于人工势场法引导的Bi-RRT的水面无人艇路径规划算法 被引量：6

8

作者 张一帆 史国友 徐家晨 《上海海事大学学报》 北大核心 2022年第4期16-22,共7页

为使水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)规划出实时性强、避障精准性高、平滑度优、航程短的路径,在双向快速扩展随机树(bidirectional rapidly-exploring random trees,Bi-RRT)算法的基础上,设计一种人工势场法(artificial pote... 为使水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)规划出实时性强、避障精准性高、平滑度优、航程短的路径,在双向快速扩展随机树(bidirectional rapidly-exploring random trees,Bi-RRT)算法的基础上,设计一种人工势场法(artificial potential field,APF)引导的Bi-RRT算法(简写为APF-Bi-RRT算法)。改进随机点采样机制,并在新节点生成时引入改进的势场函数,提高路径生成效率;考虑USV的操纵性能要求,在节点生成后引入转向角约束,避免出现大角度转向。分别设计简单、复杂和特殊3种环境下的路径规划实验方案,对比APF-Bi-RRT算法、Bi-RRT算法、APF和A*算法在规划时间、路径长度、最大转向角、节点数量等4个指标下的规划效果。实验结果证明:APF-Bi-RRT算法在提高搜索效率的同时能极大地减少路径长度和节点数量,提高路径平滑度;优化后的路径更适用于USV的跟踪控制,满足海上实际航行需求。 展开更多

关键词 水面无人艇(USV) 双向快速扩展随机树(Bi-RRT)算法 人工势场法(APF) 路径规划 转向角约束

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基于方向引导的智能车VFH+路径规划算法研究 被引量：2

9

作者 朱茂飞 贺晨辰 +2 位作者 张春鹏 吴琼 朱守力 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2023年第7期2090-2095,共6页

针对矢量场直方图(VFH+)算法在路径规划过程中容易陷入环境死区,生成的路径不能满足车辆运动学限制的问题,提出方向引导的VFH+路径规划算法。首先在双向快速随机树(Bi-RRT)节点扩展中引入车辆的运动学约束,在去除路径冗余节点的基础上,... 针对矢量场直方图(VFH+)算法在路径规划过程中容易陷入环境死区,生成的路径不能满足车辆运动学限制的问题,提出方向引导的VFH+路径规划算法。首先在双向快速随机树(Bi-RRT)节点扩展中引入车辆的运动学约束,在去除路径冗余节点的基础上,使用三次B样条曲线得到平滑引导路径。其次,在VFH+算法中引入车辆的最大转角约束与引导路径的离散点方向,来限制VFH+的候选方向范围,并修改代价函数获取合适的前进方向。最后,在MATLAB软件上进行算法的仿真对比以及基于ROS平台的实验验证。结果表明,改进后的VFH+算法能够在满足车辆运动学约束的情况下,生成一条避开环境死区的有效路径。 展开更多

关键词 路径规划 双向快速扩展随机树 矢量场直方图 转角约束 方向引导 智能车辆

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动态步长BI-RRT的无人机航迹规划算法 被引量：7

10

作者 武晓晶 许磊 +1 位作者 甄然 吴学礼 《河北科技大学学报》 CAS 2019年第5期414-422,共9页

为解决传统RRT算法收敛速度慢、生成的航径距离过长等问题,提出动态步长BI-RRT算法。首先,采用引向目标的采样策略对空间进行探索以得到采样点,利用动态步长策略确定该采样点的增长步长以确定新节点;之后,通过树枝裁剪策略对新节点进行... 为解决传统RRT算法收敛速度慢、生成的航径距离过长等问题,提出动态步长BI-RRT算法。首先,采用引向目标的采样策略对空间进行探索以得到采样点,利用动态步长策略确定该采样点的增长步长以确定新节点;之后,通过树枝裁剪策略对新节点进行调整,当探索到目标节点时,算法返回初始航迹,对于初始航迹,应用贪心算法对航迹点进行筛选,以减少无人机(UAV)的无效节点与总航迹长度;最后,利用B样条进行平滑处理,得到一条可行航迹。搭建了二维和三维环境下的仿真地图模型,验证了该算法在保证无人机避障的基础上获得一条有效航迹。动态步长BI-RRT算法在无人机航迹规划方面不仅有实时性强、航迹光滑的优点,而且与分段优化RRT算法相比,在优化航迹节点个数的前提下,提高了收敛速度且降低了航迹距离。 展开更多

关键词 航空、航天科学技术基础学科其他学科 双向快速扩展随机树(BI-RRT) 概率搜索 引向目标动态步长 树枝裁剪策略

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基于ROS的机械臂运动规划研究 被引量：8

11

作者 屈力刚 高凯 +1 位作者 邢宇飞 张丹雅 《机床与液压》 北大核心 2022年第22期43-47,共5页

为提高多自由度串联机械臂在作业过程中的工作效率及安全性问题,提出一种基于ROS平台的机械臂运动规划方法。以ABB机器人为研究对象,进行正逆运动学分析。通过MoveIt配置包构建机器人的三维可视化模型,对机器人进行笛卡尔空间下的直线... 为提高多自由度串联机械臂在作业过程中的工作效率及安全性问题,提出一种基于ROS平台的机械臂运动规划方法。以ABB机器人为研究对象,进行正逆运动学分析。通过MoveIt配置包构建机器人的三维可视化模型,对机器人进行笛卡尔空间下的直线和圆弧规划实验。为提高机器人运动安全性和关节运动的平滑性,自定义一种线性插补算法后集成到MoveIt中进行运动仿真实验。实验结果显示机器人各关节运动轨迹平滑,稳定性高,表明此插补算法的可行性。最后进行机械臂的避障仿真实验,在MATLAB中对快速扩展随机树(RRT)算法和双向快速扩展随机树(RRT-Connect)算法进行对比实验,仿真证明:RRT-Connect算法速度快,路径短,更能提高机械臂在复杂路径下的规划效率。 展开更多

关键词 运动学分析 空间规划 双向快速扩展随机树算法 线性插补 避障仿真

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基于改进RRT-Connect算法的焊接机器人避障路径规划 被引量：8

12

作者 孙灵硕 《自动化与仪表》 2021年第5期47-52,共6页

针对双向快速扩展随机树(RRT-Connect)算法在焊接机器人避障路径规划过程中易于陷入工件所形成的凹形障碍区域,造成算法性能下降的问题,提出了一种改进的RRT-Connect算法。改进的算法对随机树上每一个新产生的树节点进行检测,对位于凹... 针对双向快速扩展随机树(RRT-Connect)算法在焊接机器人避障路径规划过程中易于陷入工件所形成的凹形障碍区域,造成算法性能下降的问题,提出了一种改进的RRT-Connect算法。改进的算法对随机树上每一个新产生的树节点进行检测,对位于凹形障碍区域的树节点及其附近区域进行标记,并将标记的区域从自由状态空间中剔除,避免随机树再次陷入标记的凹形障碍区域。仿真实验表明,改进的RRT-Connect算法在搜索次数上降低了47.30%,路径长度下降了9.96%,路径平滑度指标也有明显改善。 展开更多

关键词 焊接机器人 避障路径规划 双向快速扩展随机树 凹形障碍区域

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无人驾驶车辆机场廊桥下动态避撞路径规划

13

作者 王丙元 郑芳 +2 位作者 李霞 姜建 杨搏 《中国民航大学学报》 CAS 2020年第4期21-26,共6页

为优化无人驾驶车辆动态避撞路径规划时间和平滑规划路径,提出了一种路径规划融合算法。该算法在双向快速扩展随机树(Bid-RRT)基础上引入动态窗口法,利用Bid-RRT快速搜索避障路径,缩短路径规划时长,使用动态窗口法进行规划路径的平滑,... 为优化无人驾驶车辆动态避撞路径规划时间和平滑规划路径,提出了一种路径规划融合算法。该算法在双向快速扩展随机树(Bid-RRT)基础上引入动态窗口法,利用Bid-RRT快速搜索避障路径,缩短路径规划时长,使用动态窗口法进行规划路径的平滑,从而实现在动态约束下的无人驾驶车辆避撞。将该算法应用于机场廊桥下无人驾驶车辆避撞仿真,结果表明,其规划的轨迹更加安全、有效,可同时满足避撞路径规划的快速性和平滑性要求。 展开更多

关键词 无人驾驶车辆 路径规划 双向快速扩展随机树 动态窗口法 机场廊桥

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