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Dynamic collision avoidance for cooperative fixed-wing UAV swarm based on normalized artificial potential field optimization 被引量:10
1
作者 LIU Wei-heng ZHENG Xin DENG Zhi-hong 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第10期3159-3172,共14页
Cooperative path planning is an important area in fixed-wing UAV swarm.However,avoiding multiple timevarying obstacles and avoiding local optimum are two challenges for existing approaches in a dynamic environment.Fir... Cooperative path planning is an important area in fixed-wing UAV swarm.However,avoiding multiple timevarying obstacles and avoiding local optimum are two challenges for existing approaches in a dynamic environment.Firstly,a normalized artificial potential field optimization is proposed by reconstructing a novel function with anisotropy in each dimension,which can make the flight speed of a fixed UAV swarm independent of the repulsive/attractive gain coefficient and avoid trapping into local optimization and local oscillation.Then,taking into account minimum velocity and turning angular velocity of fixed-wing UAV swarm,a strategy of decomposing target vector to avoid moving obstacles and pop-up threats is proposed.Finally,several simulations are carried out to illustrate superiority and effectiveness. 展开更多
关键词 fixed-wing UAV swarm cooperative path planning normalized artificial potential field dynamic obstacle avoidance local optimization
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Solution to reinforcement learning problems with artificial potential field 被引量:3
2
作者 谢丽娟 谢光荣 +1 位作者 陈焕文 李小俚 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2008年第4期552-557,共6页
A novel method was designed to solve reinforcement learning problems with artificial potential field.Firstly a reinforcement learning problem was transferred to a path planning problem by using artificial potential fi... A novel method was designed to solve reinforcement learning problems with artificial potential field.Firstly a reinforcement learning problem was transferred to a path planning problem by using artificial potential field(APF),which was a very appropriate method to model a reinforcement learning problem.Secondly,a new APF algorithm was proposed to overcome the local minimum problem in the potential field methods with a virtual water-flow concept.The performance of this new method was tested by a gridworld problem named as key and door maze.The experimental results show that within 45 trials,good and deterministic policies are found in almost all simulations.In comparison with WIERING's HQ-learning system which needs 20 000 trials for stable solution,the proposed new method can obtain optimal and stable policy far more quickly than HQ-learning.Therefore,the new method is simple and effective to give an optimal solution to the reinforcement learning problem. 展开更多
关键词 reinforcement learning path planning mobile robot navigation artificial potential field virtual water-flow
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基于改进APF引导的双向RRT机械臂路径规划算法研究
3
作者 朱敏 陈思源 陈杰 《现代制造工程》 北大核心 2025年第2期1-9,共9页
针对传统双向RRT算法在路径规划中随机性大、收敛慢和路径质量差等问题,提出了一种基于改进人工势场法(Artificial Potential Field,APF)引导的双向RRT机械臂路径规划算法。首先引入动态偏置策略,减小原始双向RRT算法随机性大的问题;其... 针对传统双向RRT算法在路径规划中随机性大、收敛慢和路径质量差等问题,提出了一种基于改进人工势场法(Artificial Potential Field,APF)引导的双向RRT机械臂路径规划算法。首先引入动态偏置策略,减小原始双向RRT算法随机性大的问题;其次,在扩展新节点时,根据与障碍物距离自适应地调整节点随机性与总势场的权重;然后融入机械臂碰撞检测模型并进行双向直连线性插值检测,直至生成初始路径;最后再对生成的路径进行三次B样条平滑处理,产生符合机械臂实际运动限制的可行路径。在二维和三维环境下分别构建三种不同环境对改进算法进行仿真对比,结果表明改进算法能有效提高相关性能。将改进算法应用至实物平台中,进一步证明了算法的有效性与可行性。 展开更多
关键词 机械臂 路径规划 双向RRT 人工势场
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基于改进APF-QRRT^(*)策略的移动机器人路径规划 被引量:1
4
作者 刘文浩 余胜东 +4 位作者 吴鸿源 胡文科 李小鹏 蔡博凡 马金玉 《电光与控制》 北大核心 2025年第1期21-26,33,共7页
针对Q-RRT^(*)算法在路径规划过程中无法兼顾可达性和安全性的问题,提出一种改进APF-QRRT^(*)(IAPF-QRRT^(*))路径规划策略。IAPF-QRRT^(*)策略通过Q-RRT^(*)算法获得一组连接起点到终点的离散关键路径点,较传统的快速搜索随机树(RRT^(... 针对Q-RRT^(*)算法在路径规划过程中无法兼顾可达性和安全性的问题,提出一种改进APF-QRRT^(*)(IAPF-QRRT^(*))路径规划策略。IAPF-QRRT^(*)策略通过Q-RRT^(*)算法获得一组连接起点到终点的离散关键路径点,较传统的快速搜索随机树(RRT^(*))算法具备更好的初始解和更快的收敛速度。改进传统人工势场(APF)方法获得一种新的无势正交向量场,在一定条件下使整体排斥向量场与吸引向量场正交,并将其作用于关键路径点,从而提高路径的安全性。将IAPF-QRRT^(*)策略与其他算法比较,通过数值模拟实验证明了所提策略的有效性。 展开更多
关键词 移动机器人 路径规划 人工势场法 Q-RRT^(*)算法 安全性
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DoS攻击下基于APF和DDPG算法的无人机安全集群控制
5
作者 林柄权 刘磊 +1 位作者 李华峰 刘晨 《计算机应用》 北大核心 2025年第4期1241-1248,共8页
针对拒绝服务(DoS)攻击下无人机(UAV)通信阻塞、运动轨迹不可预测的问题,在人工势场法(APF)和深度确定性策略梯度(DDPG)融合框架下研究DoS攻击期间的多UAV安全集群控制策略。首先,使用Hping3对所有UAV进行DoS攻击检测,以实时确定UAV集... 针对拒绝服务(DoS)攻击下无人机(UAV)通信阻塞、运动轨迹不可预测的问题,在人工势场法(APF)和深度确定性策略梯度(DDPG)融合框架下研究DoS攻击期间的多UAV安全集群控制策略。首先,使用Hping3对所有UAV进行DoS攻击检测,以实时确定UAV集群的网络环境;其次,当未检测到攻击时,采用传统的APF进行集群飞行;再次,在检测到攻击后,将被攻击的UAV标记为动态障碍物,而其他UAV切换为DDPG算法生成的控制策略;最后,所提框架实现APF和DDPG的协同配合及优势互补,并通过在Gazebo中进行仿真实验验证DDPG算法的有效性。仿真实验结果表明,Hping3能实时检测出被攻击的UAV,且其他正常UAV切换为DDPG算法后能稳定避开障碍物,从而保障集群安全;在DoS攻击期间,采用切换避障策略的成功率为72.50%,远高于传统APF的31.25%,且切换策略逐渐收敛,表现出较好的稳定性;训练后的DDPG避障策略具有一定泛化性,当环境中出现1~2个未知障碍物时仍能稳定完成任务。 展开更多
关键词 无人机集群 人工势场法 深度确定性策略梯度 切换策略 网络安全
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基于改进APF的机器人路径规划
6
作者 时旭光 王挺 邵士亮 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第2期12-16,21,共6页
为了解决传统人工势场算法中存在的局部最小值、目标不可达以及路径震荡的问题,分别对这几个问题产生的原因进行了分析,并提出了对应的解决方案。首先,新增障碍物相对速度势场斥力,解决局部最小值问题;其次,引入静态斥力势场的作用范围... 为了解决传统人工势场算法中存在的局部最小值、目标不可达以及路径震荡的问题,分别对这几个问题产生的原因进行了分析,并提出了对应的解决方案。首先,新增障碍物相对速度势场斥力,解决局部最小值问题;其次,引入静态斥力势场的作用范围因子,动态调整目标点附近斥力势场的作用范围,解决目标点不可达的问题;最后,引入多级斥力作用范围策略以及牛顿运动力学,成功解决了机器人在狭窄空间中路径震荡的问题。仿真以及实验结果表明,该算法在能够在复杂环境中规划出有效的平滑路径。 展开更多
关键词 人工势场 路径规划 相对速度斥力势场 多级斥力作用范围
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基于斥力范围约束的APF-RRT机械臂路径规划
7
作者 岑子龙 钟世昊 杨观赐 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第7期25-32,共8页
针对RRT算法在机械臂路径规划中存在的收敛速度慢、路径冗余等问题,在RRT算法的基础上,提出了基于斥力范围约束的APF-RRT机械臂路径规划算法(RRC-APF-RRT)。首先,引入概率目标偏置的约束采样策略,提高规划效率和方向性;其次,采用基于斥... 针对RRT算法在机械臂路径规划中存在的收敛速度慢、路径冗余等问题,在RRT算法的基础上,提出了基于斥力范围约束的APF-RRT机械臂路径规划算法(RRC-APF-RRT)。首先,引入概率目标偏置的约束采样策略,提高规划效率和方向性;其次,采用基于斥力范围约束的人工势场拓展策略,引导随机树避开障碍物并加速逼近目标点;此外,提出虚拟目标点策略,引导路径快速脱离局部最优;最后,通过剪枝对路径进行优化,减少路径冗余。仿真对比实验表明,RRC-APF-RRT算法在规划时间、路径长度和稳定性上均优于所比较的3种算法。物理平台实测结果表明,RRC-APF-RRT适用于机械臂的实际运行和操作。 展开更多
关键词 路径规划 RRT算法 人工势场法 机械臂 避障
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基于APF-RRT^(*)的火龙果采摘机械臂路径规划研究
8
作者 商枫楠 罗陈迪 +4 位作者 李文涛 梁英凯 肖明玮 陈桥 周学成 《农机化研究》 北大核心 2025年第6期48-52,71,共6页
针对传统RRT算法路径规划过程中存在收敛速度慢、搜索路径不平滑、内存占用多等问题,提出了一种基于APF-RRT*的火龙果采摘机械臂路径规划研究方法。利用RRT*算法重新搜索父节点和布线的原理,针对节点冗余的问题进行改进,减少路径代价;... 针对传统RRT算法路径规划过程中存在收敛速度慢、搜索路径不平滑、内存占用多等问题,提出了一种基于APF-RRT*的火龙果采摘机械臂路径规划研究方法。利用RRT*算法重新搜索父节点和布线的原理,针对节点冗余的问题进行改进,减少路径代价;将改进的人工势场法(APF)作为分量偏置扩展点的方向,使随机树偏向目标点生长,避免盲目扩展和提高了路径平滑度。MatLab与CoppeliaSim联合仿真实验表明:APF-RRT^(*)算法相较于传统RRT算法、RRT^(*)算法和APF算法,不仅明显减少了路径点个数和路径长度,缩短了算法时间,提高了路径搜索效率,而且平衡了路径平滑度,适用于在火龙果仿生长环境下采摘机械臂进行避障路径规划。 展开更多
关键词 火龙果 采摘机械臂 路径规划 apf-RRT^(*) 改进人工势场 CoppeliaSim
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基于自适应分段步长RRT-APF的水下机器人三维路径规划算法
9
作者 万程龙 周焕银 +3 位作者 刘凯伦 龚利文 周剑照 刘国权 《机床与液压》 北大核心 2025年第9期31-37,共7页
针对传统快速搜索随机树算法(RRT)在水下机器人三维路径规划中存在随机性强、拐点过多、搜索时间长等问题,提出一种自适应分段步长RRT-APF融合算法。提出自适应分段步长RRT算法,通过增加目标采样概率和引入自适应分段步长机制,减弱随机... 针对传统快速搜索随机树算法(RRT)在水下机器人三维路径规划中存在随机性强、拐点过多、搜索时间长等问题,提出一种自适应分段步长RRT-APF融合算法。提出自适应分段步长RRT算法,通过增加目标采样概率和引入自适应分段步长机制,减弱随机性并减少采样次数及拐点数。将人工势场算法(APF)与改进的RRT算法相融合,利用APF算法的指向性增强RRT算法的目标导向性,提高搜索效率并缩短路径长度。通过仿真实验,在固定障碍物和随机障碍物环境下对水下机器人进行三维路径规划,以验证算法的性能。结果表明,与传统RRT算法相比,所提融合算法在三维路径规划中表现出更好的自适应性;在固定障碍物环境下,平均采样次数减少77.33%,拐点数减少92.66%,规划时间减少74.85%,路径长度减少5.26%;在随机障碍物环境下,平均采样次数减少84.42%,拐点数减少94.06%,规划时间减少74.00%,路径长度减少5.62%。 展开更多
关键词 水下机器人 三维路径规划 快速搜索随机树算法 自适应分段步长 人工势场算法
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基于改进RRT^(*)-APF算法的移动机器人路径规划
10
作者 王楠 高腾 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第6期54-59,共6页
作为RRT的扩展算法,RRT^(*)在路径规划领域表现出显著的性能优势。通过迭代,RRT^(*)可以不断逼近最优路径,但是RRT^(*)算法依然存在收敛速度迟缓以及搜寻范围具有高度随机性等挑战。为了有效应对RRT^(*)在移动机器人路径规划中的局限性... 作为RRT的扩展算法,RRT^(*)在路径规划领域表现出显著的性能优势。通过迭代,RRT^(*)可以不断逼近最优路径,但是RRT^(*)算法依然存在收敛速度迟缓以及搜寻范围具有高度随机性等挑战。为了有效应对RRT^(*)在移动机器人路径规划中的局限性,提出了一种改进RRT^(*)-APF融合算法(TRRT^(*)-APF算法)。首先,引入目标偏置策略指导随机采样点的生成;其次,双向RRT^(*)算法通过构建两棵交错分布的随机搜寻树,进一步提高算法的搜索效率。改进的人工势场法被用于构建生长树,大大减少了算法的迭代时间;此外,还提出了基于三角不等式的剪枝策略来优化路径,通过删减路径的冗余节点,从而缩短路径长度,获得最佳轨迹;最后,将TRRT^(*)-APF算法与RRT、RRT-APF和RRT^(*)算法进行了比较,验证了TRRT^(*)-APF算法在最优路径质量、算法稳定性和初始路径搜索速度等方面的优越性。 展开更多
关键词 RRT^(*)算法 人工势场算法 路径规划 移动机器人 路径长度
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基于IAPF-IRRT^(*)复杂输电环境机械臂多目标点路径规划
11
作者 罗宇 王明 +4 位作者 吴田 曾忱 狄正辉 李杰豪 吕田浩 《南方电网技术》 北大核心 2025年第1期93-105,128,共14页
针对复杂输电环境下机械臂多目标点路径规划效率低、路径代价高的问题,提出了基于改进的人工势场引导的知情快速扩展随机树算法(improved artificial potential field-informed rapidly-exploring random trees star,IAPF-IRRT^(*))来... 针对复杂输电环境下机械臂多目标点路径规划效率低、路径代价高的问题,提出了基于改进的人工势场引导的知情快速扩展随机树算法(improved artificial potential field-informed rapidly-exploring random trees star,IAPF-IRRT^(*))来提升路径规划的性能。首先引入长方体斥力场模型改进传统人工势场中球形斥力场模型,建立输电环境下复杂障碍物的斥力场。然后采用位置均匀分布的椭球域改进IAPF-IRRT*算法中的椭圆域,避免复杂输电环境下采样点出现局部冗余,提高搜索效率。最后引入三角寻优法优化路径中的冗余节点并结合三次样条插曲线对路径平滑处理。在三维简单、三维复杂和复杂输电环境这三组不同复杂程度的障碍物地图上进行验证,其结果表明:IAPF-IRRT*算法与标准RRT、RRT*算法相比,时间效率分别提升了44.8%~83.8%、68.3%~95.2%、26.5%~71.8%;路径代价分别降低了15.5%~35.0%、14.1%~35.3%、31.5%~43.5%;路径中的节点数量分别减少了75.6%~78.8%、75.0%~78.0%、70.4%~72.0%。 展开更多
关键词 人工势场法 Iapf-IRRT^(*)算法 多目标点路径规划 输电环境
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基于双向目标偏置APF-informed-RRT^(*)算法的机械臂路径规划 被引量:8
12
作者 刘小松 康磊 +2 位作者 单泽彪 朱焕海 刘云清 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期75-83,共9页
针对当前机械臂路径规划算法存在搜索随机性大、目标偏置性差和路径曲折等问题,提出了一种基于双向目标偏置的APF-informed-RRT^(∗)算法。首先在双向informed-RRT^(∗)基础上引入概率自适应的目标偏置策略,降低搜索的随机性,提高采样效率... 针对当前机械臂路径规划算法存在搜索随机性大、目标偏置性差和路径曲折等问题,提出了一种基于双向目标偏置的APF-informed-RRT^(∗)算法。首先在双向informed-RRT^(∗)基础上引入概率自适应的目标偏置策略,降低搜索的随机性,提高采样效率;其次针对路径扩展在双向搜索树中融入人工势场法,减少算法的迭代次数;同时在路径生长阶段,采用动态步长生长策略,即根据搜索树的扩展趋势动态调整步长,避免出现局部最优,并且加快路径搜索时间;最后针对冗余节点采用三角不等式原理进行去除,进而通过B样条曲线对路径进行平滑处理,得到最优规划路径。通过与双向RRT^(∗)、双向informed-RRT^(∗)和双向P-RRT^(∗)等算法在三维环境下进行了仿真对比实验验证,相较于双向RRT^(∗)在时间上节约了41%,在采样点数量上减少了63%;相较于双向informed-RRT∗在时间上节约了58%,在采样数量上减少了68%;相较于双向P-RRT^(∗)在时间上节约了30%,在采样数量上减少了60%。 展开更多
关键词 路径规划 机械臂 双向目标偏置 人工势场 动态步长
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基于A^(*)和APF算法的果园喷雾机器人路径规划 被引量:3
13
作者 姜新波 王孟微 +1 位作者 杨春梅 姜博文 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第12期145-149,共5页
针对丘陵山区果园喷雾机器人作业路径覆盖率低、平滑性差和避障能力弱的问题,提出一种融合改进A^(*)和人工势场(APF)算法的路径规划算法。通过优化A^(*)算法估值函数、引入中间节点和非均匀三次样条插值法,实现全局路径规划;并通过修正... 针对丘陵山区果园喷雾机器人作业路径覆盖率低、平滑性差和避障能力弱的问题,提出一种融合改进A^(*)和人工势场(APF)算法的路径规划算法。通过优化A^(*)算法估值函数、引入中间节点和非均匀三次样条插值法,实现全局路径规划;并通过修正引力势场函数和融合模拟退火算法,增强APF法的避障能力;提取全局路径关键点作为子目标点,采用APF算法进行二次规划。结果表明:融合算法保证了路径规划的全局最优和平滑性,实现了动态避障。 展开更多
关键词 果园喷雾机器人 A^(*)算法 人工势场法 路径规划算法 融合算法
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基于改进APF-FMT^(*)的农业机器人路径规划算法 被引量:7
14
作者 张亚莉 莫振杰 +2 位作者 田昊鑫 兰玉彬 王林琳 《华南农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期408-415,共8页
【目的】解决农业机器人在复杂农业环境下全局路径规划耗时过长、路径最优解求解困难的问题。【方法】提出一种基于改进人工势场法的快速行进树算法(APF-FMT^(*))。首先,在引力势场中引入相对距离,根据与目标点的距离改变引力大小,克服... 【目的】解决农业机器人在复杂农业环境下全局路径规划耗时过长、路径最优解求解困难的问题。【方法】提出一种基于改进人工势场法的快速行进树算法(APF-FMT^(*))。首先,在引力势场中引入相对距离,根据与目标点的距离改变引力大小,克服了人工势场法距离目标点过远时引力过大的问题;然后,将FMT^(*)算法与改进人工势场法相结合,采用三阶B样条曲线对路径进行平滑处理;最后,建立3个农业工作地图进行仿真试验。【结果】仿真结果表明,与FMT^(*)、RRT^(*)和Informed-RRT^(*)3种算法对比,在地图Map1和Map2中,APF-FMT^(*)都能快速找到良好的解,且随样本数量增加获得的路径解得到改善,搜索时间比其他3种算法减少45%以上;在有狭小通道的Map3中,APF-FMT^(*)、FMT^(*)搜索时间比RRT^(*)和Informed-RRT^(*)减少75%以上,并且获得更好的解。【结论】本研究提出的APF-FMT^(*)算法不仅克服了FMT^(*)算法冗余探索问题,还有效地解决了人工势场法目标点不可达的问题,提高了农业机器人路径规划效率和作业安全性。 展开更多
关键词 路径规划 农业机器人 人工势场法 FMT^(*)算法
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基于改进APF-Informed-RRT^(*)的机械臂避障路径规划 被引量:1
15
作者 吴飞 陈恩杰 +1 位作者 郑银环 林晓琛 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2024年第8期60-65,共6页
针对Informed-RRT^(*)算法在避障路径规划中缺乏目的性和方向性,存在规划时间长、迭代效率低等问题,提出了结合人工势场法和Informed-RRT^(*)算法的避障规划算法。首先,针对传统人工势场法存在目标点不可达、易与障碍物碰撞的问题,提出... 针对Informed-RRT^(*)算法在避障路径规划中缺乏目的性和方向性,存在规划时间长、迭代效率低等问题,提出了结合人工势场法和Informed-RRT^(*)算法的避障规划算法。首先,针对传统人工势场法存在目标点不可达、易与障碍物碰撞的问题,提出了改进后的人工势场法,并将其融入Informed-RRT^(*)算法中,使随机树沿势场下降的方向生长,增强其方向性;其次,依据随机树与障碍物间的距离,提出了一种自适应生长步长策略,提高了对空间的探索能力;最后,引入贪心算法的思想,在生长时直接判断随机树能否直达目标点,提高了路径规划效率。在二维和三维环境下对改进后的算法与传统算法及其衍生算法进行对比实验,仿真结果表明改进后的Informed-RRT^(*)算法相较于原始算法规划的路径长度和规划耗时分别减少了17.42%和36.21%。 展开更多
关键词 Informed-RRT^(*) 人工势场法 自适应步长 贪心算法 路径规划
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基于改进D*Lite⁃APF算法的巡检机器人路径规划 被引量:7
16
作者 胡粒琪 曾维 +3 位作者 陈才华 张鹏 王艺儒 李铜 《现代电子技术》 北大核心 2024年第5期155-159,共5页
针对巡检机器人在动态场景下路径规划存在非全局最优、路径不平滑及局部避障效果不佳的问题,提出一种将改进D*Lite算法和人工势场法融合的算法。首先优化D*Lite算法启发代价函数,提升规划效率,并引入Dubins曲线平滑生成的全局路径;其次... 针对巡检机器人在动态场景下路径规划存在非全局最优、路径不平滑及局部避障效果不佳的问题,提出一种将改进D*Lite算法和人工势场法融合的算法。首先优化D*Lite算法启发代价函数,提升规划效率,并引入Dubins曲线平滑生成的全局路径;其次改进人工势场法势场函数并添加随机半径扰动点,解决局部碰撞问题,提高避障性能;最后将两种优化算法有效融合,实现全局规划和局部避障。仿真实验结果表明,相较于单一D*Lite算法,融合算法在路径长度、时间花销、路径拐点及扩展节点数方面均表现更优,能在确保全局路径最优的情况下有效避障。 展开更多
关键词 巡检机器人 路径规划 D*Lite Dubins曲线 人工势场法 避障
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基于双向A^(*)-APF算法的船舶路径规划研究 被引量:4
17
作者 孟凡齐 孙潇潇 +2 位作者 朱金善 梅斌 郑沛洁 《大连海洋大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期506-515,共10页
为解决目前船舶路径规划算法中存在的全局非最优解和局部最优解等问题,在双向A^(*)算法的基础上加入了优化函数PathOptimization和IsClear,以去除冗余拐点,缩短全局路径距离;在人工势场法(artificial potential field,APF)的基础上,设... 为解决目前船舶路径规划算法中存在的全局非最优解和局部最优解等问题,在双向A^(*)算法的基础上加入了优化函数PathOptimization和IsClear,以去除冗余拐点,缩短全局路径距离;在人工势场法(artificial potential field,APF)的基础上,设定离散化步长函数、斥力感应阈值和临时终点,以避免局部最优解和震荡问题;实现两种算法的融合算法(双向A^(*)-APF算法),在MATLAB模拟的相同栅格图中,对比算法改进前后的模拟试验数据。结果表明,融合算法平均减少了50%的冗余拐点,平均减少了47.5%的算法搜索时间,平均缩短了7%的路径距离,能够同时安全规避动态障碍物和静态障碍物。研究表明,双向A^(*)-APF算法可用于解决船舶路径全局非最优解和局部最优解等问题。 展开更多
关键词 双向A^(*)算法 人工势场法 路径规划 融合算法
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基于改进APF-RRT的6R机械臂避障路径规划 被引量:4
18
作者 王杲 库祥臣 +2 位作者 吴鸿宇 段磊 张小雨 《机床与液压》 北大核心 2024年第11期27-32,共6页
针对6R机械臂在复杂环境下进行避障路径规划时成功率低、效率低等问题,提出一种改进人工势场法(APF)与快速扩展随机树法(RRT)的融合算法。对于传统APF目标不可达问题,提出引入斥力调节因子优化斥力函数,使得机械臂靠近目标点时,障碍物... 针对6R机械臂在复杂环境下进行避障路径规划时成功率低、效率低等问题,提出一种改进人工势场法(APF)与快速扩展随机树法(RRT)的融合算法。对于传统APF目标不可达问题,提出引入斥力调节因子优化斥力函数,使得机械臂靠近目标点时,障碍物对机械臂的斥力逐渐减小并顺利到达目标点;针对传统RRT算法随机性过强问题,提出目标导向策略进行优化,使得采样点有一定的概率向目标点扩展;当APF陷入局部最优时,采用改进RRT算法进行路径规划,当跳出局部最优时,切换为APF继续路径规划。仿真结果表明:改进APF-RRT算法能适应各种复杂环境,且相较于传统APF和RRT算法具有规划时间短、规划成功率高等优点,有效解决了APF目标不可达和局部最小值的问题。最后通过JAKA机器人实验平台进行实际环境实验,验证了改进APF-RRT融合算法的可行性。 展开更多
关键词 6R机械臂 避障 路径规划 人工势场法 快速扩展随机树法
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考虑无人艇运动学约束的IRRT^(*)-APF路径规划算法
19
作者 刘意 齐洁 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第9期290-298,共9页
针对未知环境下无人艇(USV)的路径规划问题,提出了一种考虑无人艇运动学约束的改进RRT^(*)-APF路径规划算法(IRRT^(*)-APF)。通过引入改进的人工势场法(APF)提高了快速搜索随机树(RRT^(*))的避障性能,在人工势场中考虑无人艇与障碍物和... 针对未知环境下无人艇(USV)的路径规划问题,提出了一种考虑无人艇运动学约束的改进RRT^(*)-APF路径规划算法(IRRT^(*)-APF)。通过引入改进的人工势场法(APF)提高了快速搜索随机树(RRT^(*))的避障性能,在人工势场中考虑无人艇与障碍物和目标点间的角度大小,加速了无人艇远离障碍物并接近目标点;使用曼哈顿距离法提高了RRT^(*)算法的效率。所提出的IRRT^(*)-APF方法,与滚动RRT^(*)算法和PSOFS算法进行了仿真对比实验。结果表明,提出的方法所规划的路径转折的次数和转角均显著减小,有利于实现无人艇的平稳控制,同时缩短了路径长度和规划路径的时间。在风浪环境下的进一步仿真实验结果表明,所提出的算法在有风浪干扰时依然能规划出符合无人艇运动学的轨迹,具有较强的抗风浪鲁棒性。 展开更多
关键词 无人艇 快速扩展随机树 人工势场法 局部路径规划 滚动窗口
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终端区离场航空器自主路径规划 被引量:1
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作者 王红勇 郭宇鹏 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第2期446-456,共11页
随着航空器自主保持间隔运行概念的逐渐发展,基于连续爬升运行(CCO)模式,可有效解决当前终端区内航空器离场路径固定单一所造成空域运行效率低问题。为此,提出一种基于人工势场-粒子群优化(APF-PSO)联合算法的终端区离场航空器自主路径... 随着航空器自主保持间隔运行概念的逐渐发展,基于连续爬升运行(CCO)模式,可有效解决当前终端区内航空器离场路径固定单一所造成空域运行效率低问题。为此,提出一种基于人工势场-粒子群优化(APF-PSO)联合算法的终端区离场航空器自主路径规划方法。构建面向航空器自主运行模式的空域环境模型,对空域环境进行栅格化处理并计算各栅格的空域复杂度,限制离场航空器进入高复杂度栅格以保障运行安全;构建基于BADA数据库和减退力爬升模式的航空器爬升性能约束模型;应用APF-PSO联合算法进行路径规划,通过粒子群优化(PSO)算法广域搜索思想解决人工势场法(APF)固有的局部极值-目标不可达问题;使用贝塞尔曲线法优化该路径,引入滑动时间窗口理念优化航空器离场时刻;使用上海终端空域的实际结构和运行数据,应用所提方法进行仿真模拟。仿真结果表明:APF-PSO联合算法可有效生成航空器无冲突离场路径并规避繁忙空域,优化处理后的路径满足航空器爬升性能约束,且优于实际运行路径(路径长度减少23.78%,最大转弯率降低55.73%,最大爬升率降低9.94%);离场航空器自主运行模式下的空中交通复杂性较当前运行模式更为均衡(栅格复杂度峰值降低3.92%),可有效提升空域利用率。 展开更多
关键词 航空运输 航空器自主运行 连续爬升运行 路径规划 人工势场-粒子群优化算法 空中交通管理
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