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基于RSS_GN rrt算法的狭长空间路径规划

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电子测量与仪器学报 2024年第1期38卷 72-85页

作者：王萍潘树国蔚保国高旺胡鹏东南大学仪器科学与工程学院南京210096 卫星导航系统与装备技术国家重点实验室石家庄050081

针对rrt算法在狭长空间中存在的收敛速度慢及规划路径不平滑的问题,提出了一种RSS_GN rrt算法。为了提升算法的收敛速度,提出了引导节点导向策略与分区域采样策略,极大地减少了算法对无效区域的搜索;其次,算法引入了采样角度约束策略来... 详细信息

针对rrt算法在狭长空间中存在的收敛速度慢及规划路径不平滑的问题,提出了一种RSS_GN rrt算法。为了提升算法的收敛速度,提出了引导节点导向策略与分区域采样策略,极大地减少了算法对无效区域的搜索;其次,算法引入了采样角度约束策略来提高规划路径的质量,并采用父节点拓展选择的方法有效解决了由角度约束引起的迭代次数增加的问题。此外,算法可根据感知信息进行地图地动态重构并规划避障路径,提高了算法在低速动态环境中的适应性。仿真结果显示,在狭长通道环境中,RSS_GN rrt算法在规划路径的耗时上比rrt、Goal_bias rrt、角度约束下的rrt、Informed rrt*及DR-rrt算法分别减少了77.3%,51.9%,84.7%,98.8%和60.3%。在迭代次数上,相比于上述算法,分别减少了95.9%,92%,98.3%,98.3%和89.5%。路径的平均曲率也分别降低了94.1%,93.2%,88.7%,91%和92.9%。仿真结果证明了RSS_GN rrt算法在提升规划速度和改善路径质量方面具有显著优势。同时,本文采用了阿克曼模型的小车实测了算法的局部避障能力。经测试,小车可对行驶途中出现的障碍物进行合理避让。

关键词： RSS_GN rrt rrt 引导节点分区域采样角度约束地图重构

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改进rrt算法的采摘机械臂路径规划

重庆理工大学学报（自然科学） 2024年第1期38卷 338-345页

作者：赵辉郑缙奕岳有军王红君天津理工大学电气工程与自动化学院天津300384 天津市复杂系统控制理论与应用重点实验室天津300384

针对采用传统的快速随机扩展树(rrt)算法的采摘机械臂在果园工作环境中搜索路径时间长,最终路径不平滑、拐点多等问题,提出了一种改进的rrt避障算法。改进的算法采用高斯采样策略,减少了采样的随机性,避免产生更多不必要的随机树,增加... 详细信息

针对采用传统的快速随机扩展树(rrt)算法的采摘机械臂在果园工作环境中搜索路径时间长,最终路径不平滑、拐点多等问题,提出了一种改进的rrt避障算法。改进的算法采用高斯采样策略,减少了采样的随机性,避免产生更多不必要的随机树,增加规划的导向性;再添加A*代价函数去除路径的冗余点,最后使用贪婪算法简化路径,减少拐点,让机械臂可以快速、准确、平稳地沿着最佳路径运动到目标点。仿真表明,改进后的算法有效地减少了路径规划的时间,缩短了路径长度,具有良好的可行性和有效性。

关键词：机械臂 rrt 高斯采样贪婪算法

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改进rrt算法的机械臂路径规划

组合机床与自动化加工技术 2024年第5期 60-64,70页

作者：栾庆磊郭继智屈紫浩史艳琼陈中安徽建筑大学机械与电气工程学院合肥230601 安徽建筑大学安徽省工程机械智能制造重点实验室合肥230601

为解决快速拓展随机树(rrt)算法随机性强,收敛速度慢和结果可行性差等问题,提出了一种基于全局自适应步长与目标偏置采样的改进型rrt算法。首先,利用环境信息自适应的计算初始步长,同时在拓展过程中利用节点周围障碍物信息调整当前步长... 详细信息

为解决快速拓展随机树(rrt)算法随机性强,收敛速度慢和结果可行性差等问题,提出了一种基于全局自适应步长与目标偏置采样的改进型rrt算法。首先,利用环境信息自适应的计算初始步长,同时在拓展过程中利用节点周围障碍物信息调整当前步长,以增强对地图的探索能力;其次,通过目标偏置采样结合改进的最近点选取策略提高算法的搜索效率,快速生成一条从起始点到目标点的路径;随后,对生成路径进行两次冗余点移除并结合最大曲率约束减少路径代价和转折角;最后,利用基于最小二乘法的五次多项式拟合对其进行优化,进一步提高路径的可行性。在机械臂上进行仿真实验,结果表明在三维空间下改进rrt算法相较于传统rrt算法,路径代价减少38.1%,规划时间减少68.4%,节点个数减少77.4%,验证了算法的有效性。

关键词：机械臂路径规划 rrt 自适应步长最近点选取

基于人工势场法和rrt算法的水下机器人路径规划研究

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基于人工势场法和RRT算法的水下机器人路径规划研究

作者：姚艳杰大连海洋大学

学位级别：硕士

近年来,由于海洋资源的稀缺化,海洋渔业的进步见证了一场重要的变革,即从传统捕捞方法转向养殖技术。尤其是深海网箱养殖的快速进步,为全球海洋渔业养殖描绘了一幅全新的图景。这一转型过程中,传统的网箱检测依靠人工经验和设备逐渐被... 详细信息

近年来,由于海洋资源的稀缺化,海洋渔业的进步见证了一场重要的变革,即从传统捕捞方法转向养殖技术。尤其是深海网箱养殖的快速进步,为全球海洋渔业养殖描绘了一幅全新的图景。这一转型过程中,传统的网箱检测依靠人工经验和设备逐渐被新的方法所替代,这些新方法推动了养殖网箱巡检的智能化进程。现代巡检依赖于水下机器人等先进智能设备来提高效率和准确性,已经成为未来发展的主要趋势。面对执行任务时复杂的作业条件和对作业安全的高要求,水下机器人的高效路径规划能力显得尤为关键。本文将着重探讨以下研究内容:(1)为满足网箱养殖监测作业的具体需求,本文提出了综合水下机器人设计方案。该方案专门对机器人的浮游与爬行功能模块进行了设计,涵盖了整体框架、底盘结构以及轮带结构设计。在此基础上,设计了适合水下环境的电机及其他关键零部件,并优化了推进器的配置,以适应其在水下作业的环境。此外,本研究还构建了一个空间运动模型,并针对水下机器人的特性进行了合理的简化。建立了一个专门用于水下机器人路径规划的环境模型,为后续路径规划算法的仿真测试做好了充分的前期准备。(2)对局部路径规划算法展开研究,选取局部路径规划算法中的人工势场法展开深入研究,阐述传统人工势场法的基本原理,分析传统势场法在路径规划中的缺陷,并提出改进算法。从引力函数中添加距离影响因子、在斥力函数基础上添加与机器人和目标点之间相对距离的n次幂以及融合模拟退火算法等几个方面进行改进。对于在重要转弯位置,由于转弯角度过大,导致转弯路径不够流畅的问题,选择了使用三次B样条算法来进行调整,融合优化后的算法使得转弯路径更加平滑。(3)对全局路径规划算法展开研究,选取rrt全局路径规划算法展开深入研究,本文针对快速搜索随机树算法(rrt)算法进行路径规划时存在采样点随机性强、路径过于冗长、最终规划所得路径呈折线形的问题,提出改进算法。首先结合目标搜索人工势场法的思想用于ADB-rrt算法,使得算法在三维障碍物空间搜索时,其能够朝着目标点进行有效搜索,从而提高算法搜索的有效性;其次通过A*算法去除整条完整路径上冗余的节点,改善路径中局部震荡而产生的锯齿形路径,缩短了路径距离;最后采用B样条优化策略,进一步优化算法确定的最短路径,从而获得一条平滑且最短的路径轨迹。(4)最终提出了一种创新的融合算法,这一算法结合了改进的人工势场法和ADB-rrt算法的优点。考虑到人工势场法在局部路径规划上的高效性,以及rrt算法在全局路径规划上的出色表现,此融合算法旨在融合两者的优势,实现互补。通过这种方法,水下机器人能够在复杂的三维空间环境中,更加高效和迅速地规划其航迹,优化其导航和避障性能,从而显著提升作业效率和安全性。

关键词：水下机器人人工势场法 rrt 路径规划算法融合

采摘机器人机械臂运动控制与目标抓取研究——基于嵌入式和机器视觉技术

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农机化研究 2024年第4期46卷 68-72页

作者：刘力维北京信息职业技术学院北京100018

首先,从整体方案、视觉定位系统和运动控制系统完成了对采摘机器人机械臂控制系统的设计;然后,基于图像处理技术设计了目标物体识别与抓取策略;最后,基于rrt算法研究了对采摘机器臂运动轨迹的控制方法,实现了对采摘机器人机械臂运动控... 详细信息

首先,从整体方案、视觉定位系统和运动控制系统完成了对采摘机器人机械臂控制系统的设计;然后,基于图像处理技术设计了目标物体识别与抓取策略;最后,基于rrt算法研究了对采摘机器臂运动轨迹的控制方法,实现了对采摘机器人机械臂运动控制与目标抓取系统。采摘试验结果表明:系统对苹果的识别和定位准确度比较高,采摘成功率达到了100%,对采摘机器人自主采摘的实现具有一定的现实意义。

关键词：采摘机器人机械臂运动控制视觉定位图像处理 rrt

基于三维点云的冒口切割机器人运动规划方法研究

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基于三维点云的冒口切割机器人运动规划方法研究

作者：胡冲北方民族大学

学位级别：硕士

目前国内外大型铸件冒口的精整处理还是以人工处理为主,针对大型铸件冒口人工切割精整处理时质量得不到提升,生产加工效率比较低下的问题。本文研究了基于三维点云的冒口切割机器人运动规划的方法,实现了对大型铸件冒口的智能化切割,具... 详细信息

目前国内外大型铸件冒口的精整处理还是以人工处理为主,针对大型铸件冒口人工切割精整处理时质量得不到提升,生产加工效率比较低下的问题。本文研究了基于三维点云的冒口切割机器人运动规划的方法,实现了对大型铸件冒口的智能化切割,具体研究内容如下:(1)场景点云的采集、预处理和简化研究。在复杂的实际环境下对毛坯铸件点云进行采集,再利用直通滤波、统计滤波、半径滤波、双边滤波、RANSAC分割算法和DBSCAN聚类等算法提取出铸件点云。然后利用高斯曲率评估的点云自适应下采样方法对提取出来的点云进行简化。实验结果表明此方法可以有效的去除铸件平滑区域中的冗余点,保留关键的几何特征。(2)基于3D视觉引导的改进rrt算法机械臂避障路径规划研究。在3D视觉引导方面,通过点云的分割和聚类算法提取多视角拼接后毛坯铸件点云中的吊耳和小冒口点云,并做包络处理用于碰撞检测源。在rrt算法改进方面,第一提出父节点区域拓展限制采样,第二加入优化后的引力函数,第三采用父节点重连和重新选择。实验结果表明改进的rrt算法比rrt算法在机械臂路径规划中时间代价降低了82.65%,路径代价减少了57.61%,节点数降低了75.31%,避障效果较优。(3)基于三维点云的大型铸件冒口切割轨迹规划研究。通过提出的三点模板点云配准方法获取铸件切割点位的位姿信息,利用手眼标定变换矩阵把切割点位的信息变换到机械臂的基坐标系下,再利用空间圆弧的姿态插补求出切割轨迹数据信息。最后分别对不同半径和不同姿态的铸件冒口进行仿真切割实验,实验结果表明切割的最大综合误差不超过1.3mm,达到工厂实际铸件冒口切割工艺的要求。(4)实验平台的搭建、切割工艺测试及算法的验证。根据项目实际需求和人工切割条件的实地考察,对切割机器人系统进行设计和设备的选型,最终通过六自由度工业机械臂、工控柜、3D相机和火焰割炬搭建实验平台。通过搭建的平台进行反复的切割实验测试,获取火焰割炬系统工艺参数,以及机器人对不同半径冒口切割的切割工艺参数。最后利用本文避障算法和切割算法进行真实切割实验,实验结果表明切割误差小于1.3mm,相对于传统的人工切割方法,切割豁口缝隙减少了39.8%,切割表面粗糙度降低了75.4%,切割表面平均粗糙深度降低了77.9%,满足铸件切割工艺要求。

关键词： 3D视觉冒口切割轨迹规划碰撞检测 rrt

基于改进rrt算法的六自由度机械臂路径规划

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安徽工业大学学报（自然科学版） 2024年第2期41卷 173-181页

作者：朱永浩李丹龚旭金仁才安徽工业大学电气与信息工程学院安徽马鞍山243032

针对快速扩展随机树(rrt)算法路径代价大、采样过程慢的问题,提出1种改进的rrt算法对六自由度机械臂进行路径规划。结合rrt*和rrt-connect算法的优点,应用目标采样的思想加强算法向目标点搜索的趋向性,引入贪婪思想提高算法效率,结合五... 详细信息

针对快速扩展随机树(rrt)算法路径代价大、采样过程慢的问题,提出1种改进的rrt算法对六自由度机械臂进行路径规划。结合rrt*和rrt-connect算法的优点,应用目标采样的思想加强算法向目标点搜索的趋向性,引入贪婪思想提高算法效率,结合五次B样条插值对路径进行平滑优化,缩短规划路径的时间及长度;利用Python中的matplotlib功能包统计rrt与改进的rrt算法规划所需时长、采样点数与路径长度,且在ROS平台中利用动态规划库进行算法配置,验证改进算法的路径规划效果。结果表明:相比传统rrt算法,采用所提改进算法对六自由度机械臂进行路径规划,在平均路径长度上缩短了29.5%、在规划路径时间上缩短了8.5%,路径规划成功率提高至96.7%,验证了该算法在实际应用中的可行性。

关键词：六自由度机械臂路径规划 rrt 目标采样

改进rrt的复杂障碍物环境路径规划算法研究

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电子设计工程 2024年第8期32卷 162-167,172页

作者：牛旭张志安南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

为解决传统的rrt算法在复杂障碍物环境下时,存在采样随机性大,搜索效率低,规划路径曲折等问题,提出一种改进的rrt算法。将传统rrt算法的随机树扩展引入自适应步长目标偏置策略,加快向目标点的收敛速度;结合人工势场法的概念,在随机树中... 详细信息

为解决传统的rrt算法在复杂障碍物环境下时,存在采样随机性大,搜索效率低,规划路径曲折等问题,提出一种改进的rrt算法。将传统rrt算法的随机树扩展引入自适应步长目标偏置策略,加快向目标点的收敛速度;结合人工势场法的概念,在随机树中引入目标点的引力分量和障碍物周围的斥力分量,并限制障碍物附近的搜索区域;对改进rrt算法规划的路径引入局部定向剪枝概念,对路径关键点择优剪枝选取,快速逃离局部振荡阶段;加入三次B样条曲线对路径进行平滑处理,降低路径曲折程度,以保证路径的可行性。通过实验表明,改进的rrt算法在保证对同一路径搜索的同时,显著地减少了68.5%的搜索时间,并且减少了20%的节点迭代次数,更适用于复杂障碍物环境下的路径规划。

关键词：路径规划 rrt 自适应步长偏置人工势场定向剪枝样条B曲线

基于改进rrt-Connect算法的仓储AGV路径规划研究

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微型电脑应用 2024年第5期40卷 124-128页

作者：秦浩然刘明姜义雯姚三坤云南民族大学电气信息工程学院云南昆明650031 云南民族大学澜沧江—湄公河国际职业学院(职业技术学院) 云南昆明650031

在仓储环境下,rrt-Connect算法拓展路径转折点多,随机较强,针对这个问题,结合改进的人工势场算法思想,改进斥力势场函数,提升搜索树向目标点方向拓展的概率。引入Dijkstra算法思想重连路径节点,优化路径,增强算法的启发性。MATLAB软件... 详细信息

在仓储环境下,rrt-Connect算法拓展路径转折点多,随机较强,针对这个问题,结合改进的人工势场算法思想,改进斥力势场函数,提升搜索树向目标点方向拓展的概率。引入Dijkstra算法思想重连路径节点,优化路径,增强算法的启发性。MATLAB软件仿真实验表明,相比传统rrt-Connect算法,在简单仓储环境下,改进rrt-Connect算法耗时减少22.18%,路径长度缩短16.38%;在复杂仓储环境下,改进rrt-Connect算法耗时减少28.45%,路径长度缩短18.85%。在不同的环境中,均减少了路径转折点的数目,能够生成一条更优的路径,满足仓储环境下的工作需求,提升AGV分拣效率。

关键词： rrt 人工势场自动导引车路径规划