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基于4阶Bézier曲线的路径平滑方法研究

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中国电子科学研究院学报 2024年第5期19卷 448-454页

作者：杨鹏飞赵坤武林伟刘培波中国电子科技集团公司第二十七研究所河南郑州450047

路径平滑技术旨在采用以曲代直的方法解决路径规划中存在的尖角问题,实现路径的平滑化,以满足外形设计和运动规划等工程应用需求。文中在深入探讨了Bézier曲线在路径平滑领域的应用优势及其在路径拟合中产生的较大偏差后,提出了一种基... 详细信息

路径平滑技术旨在采用以曲代直的方法解决路径规划中存在的尖角问题,实现路径的平滑化,以满足外形设计和运动规划等工程应用需求。文中在深入探讨了Bézier曲线在路径平滑领域的应用优势及其在路径拟合中产生的较大偏差后,提出了一种基于内外比例因子的4阶Bézier曲线路径平滑新方法。通过严谨的理论分析,证明了该方法能够有效控制平滑误差,在不考虑路径节点坐标的情况下,误差上限为4.25,从而实现对原始路径的高精度平滑近似。在无人机路径平滑的仿真实验中,该方法耗时0.0061 s,证明了其在平滑处理速度方面的优越性。综合理论分析与实验结果,该方法不仅在平滑效果上表现出色,而且在处理速度上也具有明显优势。同时由于仅涉及内外比例因子两个自由参数,因此,操作简单,易于实现,具有较强的适用性和灵活性。

关键词：路径平滑 4阶Bézier曲线内外比例因子平滑误差无人机

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基于五次B样条插值的机械臂路径平滑研究

一重技术 2024年第4期 51-55页

作者：李明学巴鹏沈阳理工大学机械工程学院辽宁沈阳110159

针对机械臂路径规划后的轨迹平滑及角速度和角加速度的突变问题,提出五次B样条插值的机械臂路径平滑方法。通过MATLAB对机械臂建模,并对平滑后的轨迹进行仿真,得到轨迹、角度、角速度及角加速度图。通过与五次多项式和样条曲线对比,证... 详细信息

针对机械臂路径规划后的轨迹平滑及角速度和角加速度的突变问题,提出五次B样条插值的机械臂路径平滑方法。通过MATLAB对机械臂建模,并对平滑后的轨迹进行仿真,得到轨迹、角度、角速度及角加速度图。通过与五次多项式和样条曲线对比,证明该算法能够提升机械臂角速度和角加速度的平滑性,保证起、止点速度加速度均为零,过控制点保证路径的有效性。该算法提升了机械臂运动的平顺性,降低运动冲击,为机械臂实物验证提供充分的理论支撑。

关键词：机械臂五次B样条路径平滑

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基于贝塞尔曲线的数控加工刀具路径平滑方法

自动化应用 2024年第13期65卷 20-22页

作者：刘睿广东理工学院智能制造学院广东肇庆526114

应用常规方法平滑数控加工刀具路径后,路径平滑指数和产品合格率均较低。因此,提出基于贝塞尔曲线的数控加工刀具路径平滑方法。根据双弓高误差判断条件识别连续微小线段加工区域,利用分段有理多项式函数表示加工区域的贝塞尔曲线,选择... 详细信息

应用常规方法平滑数控加工刀具路径后,路径平滑指数和产品合格率均较低。因此,提出基于贝塞尔曲线的数控加工刀具路径平滑方法。根据双弓高误差判断条件识别连续微小线段加工区域,利用分段有理多项式函数表示加工区域的贝塞尔曲线,选择控制点后,通过约束贝塞尔曲线,实现对数控加工刀具路径的自动化平滑处理。结果表明,应用该方法后,路径平滑指数始终在0.96以上,且数控加工产品的合格率最高可达98.16%,说明此方法在数控加工刀具路径平滑方面具有良好的应用前景。

关键词：贝塞尔曲线数控加工刀具路径平滑弓高误差分段有理多项式函数

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满足曲率约束的B样条曲线连续路径平滑方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第5期50卷 59-65,72页

作者：张跃明薛奇纪姝婷北京工业大学材料与制造学部北京100124 北京智同工大智能传动技术研究院有限公司北京110112

为避免全局路径规划中出现的路径不连续和不平滑,提出了基于三次准均匀B样条曲线的路径平滑算法.基于德布尔三角递推方法,设计了区间模式下的扇形输出算法(FA).通过与传统递推算法对比,FA算法可提高38%的运行效率.在FA算法的基础上,结... 详细信息

为避免全局路径规划中出现的路径不连续和不平滑,提出了基于三次准均匀B样条曲线的路径平滑算法.基于德布尔三角递推方法,设计了区间模式下的扇形输出算法(FA).通过与传统递推算法对比,FA算法可提高38%的运行效率.在FA算法的基础上,结合曲线曲率与角度构成的映射关系,系统研究了角度变化对分布系数的影响.提出角度变化下的控制点增加方式,建立了移动机器人运动学模型,以路径最大曲率约束条件优化初始控制折线路径.研究结果表明:在满足准均匀B样条曲线的性质下,平滑路径可实现C^(2)连续.以轮式移动机器人为对象进行仿真和实验,验证了所提出算法的有效性.

关键词：路径规划路径平滑 B样条曲线曲率约束 C^(2)连续

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具有路径平滑和信息动态更新的蚁群算法

计算机科学 2010年第1期37卷 233-235页

作者：甘荣伟郭清顺常会友衣杨中山大学信息科学与技术学院广州510275 中山大学信息与网络中心广州510275

蚁群算法具有很强的寻优能力,但仍存在搜索时间过长、易于停滞等问题。针对这些不足,提出了一种具有路径平滑和信息动态更新的蚁群算法。新算法引入了路径平滑概念,加强了对蚁群前期搜索的引导,扩大了蚁群后期搜索空间;同时,通过动态调... 详细信息

蚁群算法具有很强的寻优能力,但仍存在搜索时间过长、易于停滞等问题。针对这些不足,提出了一种具有路径平滑和信息动态更新的蚁群算法。新算法引入了路径平滑概念,加强了对蚁群前期搜索的引导,扩大了蚁群后期搜索空间;同时,通过动态调节信息素挥发因子,使得路径间信息素浓度差异不会增长过快,有效地避免了算法陷入局部解。实验结果表明,具有路径平滑和信息动态更新的蚁群算法明显优于基本蚁群算法。

关键词：蚁群算法路径平滑信息动态更新

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煤矿救援机器人路径平滑算法研究

工矿自动化 2019年第10期45卷 49-54页

作者：陶德俊姜媛媛刘延彬辛元芳罗俊安徽理工大学电气与信息工程学院安徽淮南232001 国网江苏省连云港电力分公司江苏连云港222002

针对煤矿救援机器人利用A^*算法规划出来的路径存在转折次数多和路径不够平滑等问题,提出了一种基于改进A^*算法的煤矿救援机器人路径平滑算法。首先利用Douglas-Peucker(D-P)算法对A^*算法产生的全段路径进行处理,剔除路径中的冗余节点... 详细信息

针对煤矿救援机器人利用A^*算法规划出来的路径存在转折次数多和路径不够平滑等问题,提出了一种基于改进A^*算法的煤矿救援机器人路径平滑算法。首先利用Douglas-Peucker(D-P)算法对A^*算法产生的全段路径进行处理,剔除路径中的冗余节点,提取出若干路径节点作为关键节点,解决了A^*算法路径冗余节点多、路径转折次数多的问题;然后利用三次样条函数对基于关键节点的整段路径进行拟合处理,得到一条平滑的路径,有效缩短了路径长度。仿真实验结果表明,该算法通用性很强,虽然规划时间与A^*算法相比略有增加,但规划出来的路径转折次数少,路径长度短,且路径质量高于遗传平滑算法。

关键词：煤矿救援机器人路径规划路径平滑 A^*算法遗传平滑算法关键节点提取 Douglas-Peucker算法三次样条函数

五轴变权重等距双NURBS刀具路径平滑算法

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组合机床与自动化加工技术 2021年第6期 11-16页

作者：李乾坤赵现朝高鹏石继超霍晓锐上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对计算机辅助制造系统(CAM)生成的五轴线性刀具路径仅满足G0连续从而影响加工精度和工件表面质量的问题,提出了一种使用模拟退火优化控制点权重的等距双NURBS路径平滑方法。基于线性路径的夹角,将线性刀具路径分为局部平滑段和整体平... 详细信息

针对计算机辅助制造系统(CAM)生成的五轴线性刀具路径仅满足G0连续从而影响加工精度和工件表面质量的问题,提出了一种使用模拟退火优化控制点权重的等距双NURBS路径平滑方法。基于线性路径的夹角,将线性刀具路径分为局部平滑段和整体平滑段,选取辅助控制点实现不同平滑方式得到的NURBS路径的G2连续性。刀尖路径和刀轴路径采用相同参数,使用模拟退火分别优化刀尖和刀轴路径的控制点权重,得到满足位置误差要求的等距双NURBS路径。经过仿真分析和实验加工验证了该方法平滑刀具路径的有效性。

关键词：路径平滑等距双NURBS路径模拟退火变权重 G2连续

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矢量解耦下的五轴数控系统路径平滑算法

组合机床与自动化加工技术 2022年第4期 36-42,47页

作者：石继超赵现朝霍晓锐黄孟杰上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为保证五轴机床加工过程平滑稳定,提出一种矢量解耦下的五轴数控系统路径平滑算法。五轴数控系统加工路径通过对一系列离散控制点连接的线性路径进行平滑生成,分别进行折线段夹角局部平滑及总体全局平滑。局部平滑中对加工路径矢量进行... 详细信息

为保证五轴机床加工过程平滑稳定,提出一种矢量解耦下的五轴数控系统路径平滑算法。五轴数控系统加工路径通过对一系列离散控制点连接的线性路径进行平滑生成,分别进行折线段夹角局部平滑及总体全局平滑。局部平滑中对加工路径矢量进行解耦,分别对路径形状以及方向进行平滑。针对路径形状平滑,通过加工误差建立误差约束,以及确保形状平滑建立路径形状G2连续约束,以最小化路径形状曲率以及路径形状误差为优化目标建立数学模型,通过Q-Learning算法学习路径形状最优解;针对路径方向平滑,根据加工过程方向变化率与曲率大小反比建立数学模型,通过离散积分求解不同路径位置处的方向。全局平滑将局部平滑得到结果进行平滑拼接。经过仿真分析验证了算法的有效性。

关键词：路径平滑矢量解耦 Q-Learning 离散积分

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基于改进粒子群优化算法的路径平滑方法研究

基于改进粒子群优化算法的路径平滑方法研究

作者：朱力贵州民族大学

学位级别：硕士

随着移动机器人性能不断完善,在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛应用。传统的路径规划算法规划出的全局路径是由多条折线连接而成,因此不可避免的存在急剧拐弯(曲率变化大)的问题,特别是在障碍物较为密集的环境中尤为明显。在... 详细信息

随着移动机器人性能不断完善,在工业、农业、医疗、服务等行业中得到广泛应用。传统的路径规划算法规划出的全局路径是由多条折线连接而成,因此不可避免的存在急剧拐弯(曲率变化大)的问题,特别是在障碍物较为密集的环境中尤为明显。在实际应用场景中大部分移动机器人对于路径的平滑性要求较高,例如仓储物流机器人,运动时需要承载货物的重量,为了保证货物及移动机器人的自身安全,所以其行驶路径要尽可能的平滑。针对以上这些问题,本文从以下两个方面展开研究:(1)针对原始路径拐点多会导致移动机器人能量损耗过大,提出一种基于改进粒子群算法优化多项式曲线参数的方法。首先,人为设定移动机器人运动的路径坐标点,平滑前路径可视为相邻路径点连接的折线。其次,选取路径点到平滑后的路径距离最短,以及安全避开障碍物约束作为惩罚函数,整条平滑后的路径长度最短作为代价函数。再次,粒子群算法具有较强的通用性,算法参数少且原理简单,所以选择它作为本文的优化算法。惯性权重大小直接影响粒子群算法中粒子的全局和局部搜索能力,因此为了平衡粒子在全局和局部的搜索能力,引入非线性惯性权重对粒子群算法改进。最后,通过对几种不同惯性权重改进粒子群算法进行实验仿真,以及在有障碍和无障碍环境下通过改进粒子群算法对不同阶次多项式曲线平滑路径仿真实验。实验结果表明,本文提出的非线性惯性权重方法有效提高粒子在全局和局部的搜索能力。通过对比在无障碍环境和有障碍物环境中,几种不同阶次的多项式平滑路径的实验结果,在改进粒子群算法的优化作用下,四次多项式曲线平滑路径较为理想,符合移动机器人行驶条件。(2)针对多项式平滑处理路径可能会遗漏重要路径点,导致机器人不能完成任务问题,提出基于改进粒子群算法的多段路径衔接的路径平滑的方法。将路径规划算法得到的路径分为若干段子路径,并使用三次贝塞尔曲线对每一段子路径平滑。将平滑后的相邻子路径连接,使用三次贝塞尔曲线的二阶导数推导出满足连接点处连续性的条件。通过连接点几何连续性关系,将一条完整路径有若干个变量的优化问题转化为对两个变量的优化问题。在安全避障和路径曲率最小的条件下,保证平滑后路径长度最短,因此通过粒子群优化算法将路径平滑问题转化为参数优化问题。粒子群算法在优化中易陷入局部最优,因此在粒子搜索时对粒子速度施加扰动策略,使其跳出局部最优,从而增强粒子在平滑路径中的寻优能力。最后,通过对几种不同扰动策略改进粒子群算法的实验仿真,以及在有障碍和无障碍环境下,多段路径衔接的路径平滑方法在不同路径场景的适应性仿真实验。实验结果表明,本文提出的扰动策略能助于粒子跳出局部最优。在复杂无障碍物环境和分布密度不同的障碍物环境中,本文提出基于改进粒子群算法的多段路径衔接的路径平滑方法是可行有效的。

关键词：粒子群算法四次多项式曲线三次贝塞尔曲线路径平滑