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基于偏置采样和包围优化的移动机器人路径规划方法
被引量:
2
1
作者
陈彦杰
梁景林
+2 位作者
张智星
喻骁
王耀南
《厦门大学学报(自然科学版)》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期908-915,共8页
批处理知情搜索树(batch informed trees,BIT*)作为一种先进的采样规划方法通常被应用于移动机器人的路径规划.针对BIT*在初始路径获得后存在路径代价降低速度不快、规划效率有待提高的问题,提出了一种基于偏置采样和包围优化的BIT*(wra...
批处理知情搜索树(batch informed trees,BIT*)作为一种先进的采样规划方法通常被应用于移动机器人的路径规划.针对BIT*在初始路径获得后存在路径代价降低速度不快、规划效率有待提高的问题,提出了一种基于偏置采样和包围优化的BIT*(wrapping-based biased BIT*,WB-BIT*)方法.该方法首先通过批量采样进行节点和连接的扩展,在获得可行路径后,利用包围优化策略从目标点到起始点逐步使路径靠近至障碍物周围,快速减少现有可行路径的长度.同时,根据可行路径上的路径点计算启发式函数以构建偏置采样区域,结合偏置采样和知情集采样,在保证均匀性的前提下有效运用现有路径信息,提高方法的规划效率.最后,将所提出的WB-BIT*方法与主流采样路径规划方法进行仿真实验对比,结果表明所提出的路径规划方法具备更高的规划效率.
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关键词
路径规划
移动机器人
批处理知情搜索树
路径优化
偏置采样
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职称材料
基于节点到障碍物距离的自适应扩展RRT^(*)路径规划算法
被引量:
1
2
作者
王蔡琪
崔西宁
+1 位作者
熊毅
伍世虔
《计算机应用》
北大核心
2025年第3期920-927,共8页
快速扩展随机树星(RRT^(*))因具有渐近最优性和概率完备性,在机器人路径规划领域有广泛的应用。然而,RRT^(*)及其改进算法仍存在初始路径质量差、路径收敛慢和探索效率低等缺陷。针对这些问题,提出一种基于节点到障碍物距离的自适应扩展...
快速扩展随机树星(RRT^(*))因具有渐近最优性和概率完备性,在机器人路径规划领域有广泛的应用。然而,RRT^(*)及其改进算法仍存在初始路径质量差、路径收敛慢和探索效率低等缺陷。针对这些问题,提出一种基于节点到障碍物距离的自适应扩展RRT^(*)算法——AE-RRT^(*)。为提高探索效率,采用基于节点到障碍物距离的动态目标偏置采样策略和动态步长策略,从而在更短的时间内获得初始路径。为提高路径的质量,提出一种更精确的选择父节点的方法MA-ChooseParent,从而扩大选择父节点的集合。此外,为加快路径收敛,在路径收敛阶段采用基于节点到障碍物距离的自适应高斯采样方法和全局高斯采样方法AG-Gaussian Sample。通过Matlab中的仿真实验将AE-RRT^(*)与RRT^(*)、Quick-RRT^(*)、Bi-RRT^(*)、Informed-RRT^(*)和Smart-RRT^(*)进行对比。实验结果表明,与RRT^(*)相比,AE-RRT^(*)在二维环境中找到初始路径的时间、初始路径的长度和收敛至全局次优路径的时间分别减少了63.78%、6.55%和71.93%;在三维环境中的3个指标分别减少了59.44%、18.26%和79.58%。
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关键词
快速扩展随机树
动态目标
偏置采样
动态步长策略
自适应高斯
采样
路径规划
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职称材料
基于MBIT^(*)的移动机器人渐进最优路径规划
3
作者
陈正升
田楚开
+3 位作者
刘凯旋
王雪松
程玉虎
陈彦杰
《仪器仪表学报》
北大核心
2025年第5期352-364,共13页
提出一种基于多批量知情树(Multi-Batch Informed Trees,MBIT^(*))的移动机器人路径规划算法以降低路径规划时间及路径长度。该算法包含多知情集生成及路径优化两个步骤。首先,基于广义维诺图生成移动机器人启发式无碰撞参考路径;之后,...
提出一种基于多批量知情树(Multi-Batch Informed Trees,MBIT^(*))的移动机器人路径规划算法以降低路径规划时间及路径长度。该算法包含多知情集生成及路径优化两个步骤。首先,基于广义维诺图生成移动机器人启发式无碰撞参考路径;之后,基于批量知情树(Batch Informed Trees,BIT^(*))及初始参考路径提出并构建多知情集搜索方法,进而移动机器人路径规划的采样区域并提高路径搜索效率。以此为基础,为避免现有批量知情树算法中采样点的不均匀分布问题,根据障碍物与知情集分布引入偏置采样算法,规划出狭窄环境下移动机器人的搜索时间与长度最优路径;为证明算法有效性,对提出的多批量知情树算法进行理论分析,结果表明该算法具有概率完备性及渐进最优性且计算复杂度及存储空间具有可测性;同时,开发提出的多批量知情树算法软件模块,并将其集成到机器人操作系统;为进一步对算法进行验证,在典型地图下将提出的多批量知情树路径规划算法与目前常用的基于采样的路径规划算法进行仿真研究与性能对比,并在典型地图下对算法开展真机实验研究。结果表明,提出基于多批量知情树的移动机器人路径规划算法在路径长度与规划时间具有显著优势,并具有可实现性。
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关键词
多批量知情树
偏置
高斯
采样
路径规划
多知情集
机器人操作系统
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职称材料
基于ROS的双机器人路径规划
被引量:
3
4
作者
张宁
张彩霞
+3 位作者
高萌
林壮
郭静
余伟
《组合机床与自动化加工技术》
北大核心
2022年第9期29-32,37,共5页
为了使双机械臂能够在复杂的环境中完成协同运动任务,提出了一种基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)的改进路径规划算法。首先,根据双机械臂的坐标系,推导出相关的约束关系,为减小轨迹误差设计一种双机械臂标定方法,准确...
为了使双机械臂能够在复杂的环境中完成协同运动任务,提出了一种基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)的改进路径规划算法。首先,根据双机械臂的坐标系,推导出相关的约束关系,为减小轨迹误差设计一种双机械臂标定方法,准确计算出双机械臂基座标齐次变换关系;其次,为了优化机械臂的运动规划算法,对传统的快速随机搜索树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法进行偏置采样,融合(probabilistic road map,PRM)算法对路径进行二次优化,使其获得最短路径;最后,通过五次多项式对获得的路径进行轨迹优化。整个方案通过ROS控制实际机器人进行算法验证,实际结果证明,所提方案规划效率更高。
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关键词
ROS
RRT算法
偏置采样
PRM算法
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职称材料
改进RRT^(*)算法的无人车全局路径规划研究
5
作者
但远宏
黄彬彬+
冯广旭
《计算机工程与应用》
2025年第18期326-335,共10页
针对RRT^(*)算法在无人车全局路径规划中存在节点扩展效率低、搜索范围大以及路径曲折等问题,提出了一种基于自适应偏置采样与启发式多候选扩展节点的变步长RRT^(*)算法。该算法通过偏置公式自适应调整采样点向目标点方向,提高扩展质量...
针对RRT^(*)算法在无人车全局路径规划中存在节点扩展效率低、搜索范围大以及路径曲折等问题,提出了一种基于自适应偏置采样与启发式多候选扩展节点的变步长RRT^(*)算法。该算法通过偏置公式自适应调整采样点向目标点方向,提高扩展质量;在扩展阶段选取多个候选节点,动态调整步长并结合实际与潜在代价筛选最优扩展节点,增强环境适应性;生成初步路径后,利用启发式代价最大的路径节点状态引导采样,加速路径收敛;采用视线检查的双向寻优和插值B样条方法对路径进行后处理,提升路径平滑度。仿真实验结果表明,对比同类型其他算法,改进算法在路径规划效率、路径代价以及平滑度方面具有显著优势,为无人车快速获取无碰撞且平滑的全局最优路径提供了可靠保障。
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关键词
无人车
全局路径规划
RRT^(*)算法
偏置采样
启发式扩展
变步长
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职称材料
题名
基于偏置采样和包围优化的移动机器人路径规划方法
被引量:
2
1
作者
陈彦杰
梁景林
张智星
喻骁
王耀南
机构
福州大学机械工程及自动化学院
厦门大学航空航天学院
湖南大学电气与信息工程学院
机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心
出处
《厦门大学学报(自然科学版)》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期908-915,共8页
基金
国家自然科学基金(62273098,62027810)
福建省自然科学基金(2021J01051)
天津大学-福州大学自主创新基金(TF2022-4)。
文摘
批处理知情搜索树(batch informed trees,BIT*)作为一种先进的采样规划方法通常被应用于移动机器人的路径规划.针对BIT*在初始路径获得后存在路径代价降低速度不快、规划效率有待提高的问题,提出了一种基于偏置采样和包围优化的BIT*(wrapping-based biased BIT*,WB-BIT*)方法.该方法首先通过批量采样进行节点和连接的扩展,在获得可行路径后,利用包围优化策略从目标点到起始点逐步使路径靠近至障碍物周围,快速减少现有可行路径的长度.同时,根据可行路径上的路径点计算启发式函数以构建偏置采样区域,结合偏置采样和知情集采样,在保证均匀性的前提下有效运用现有路径信息,提高方法的规划效率.最后,将所提出的WB-BIT*方法与主流采样路径规划方法进行仿真实验对比,结果表明所提出的路径规划方法具备更高的规划效率.
关键词
路径规划
移动机器人
批处理知情搜索树
路径优化
偏置采样
Keywords
path planning
mobile robot
batch informed trees
path optimization
biased sampling
分类号
TP24 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
基于节点到障碍物距离的自适应扩展RRT^(*)路径规划算法
被引量:
1
2
作者
王蔡琪
崔西宁
熊毅
伍世虔
机构
武汉科技大学信息科学与工程学院
出处
《计算机应用》
北大核心
2025年第3期920-927,共8页
基金
湖北省技术创新专项(ZDCX2019000025)。
文摘
快速扩展随机树星(RRT^(*))因具有渐近最优性和概率完备性,在机器人路径规划领域有广泛的应用。然而,RRT^(*)及其改进算法仍存在初始路径质量差、路径收敛慢和探索效率低等缺陷。针对这些问题,提出一种基于节点到障碍物距离的自适应扩展RRT^(*)算法——AE-RRT^(*)。为提高探索效率,采用基于节点到障碍物距离的动态目标偏置采样策略和动态步长策略,从而在更短的时间内获得初始路径。为提高路径的质量,提出一种更精确的选择父节点的方法MA-ChooseParent,从而扩大选择父节点的集合。此外,为加快路径收敛,在路径收敛阶段采用基于节点到障碍物距离的自适应高斯采样方法和全局高斯采样方法AG-Gaussian Sample。通过Matlab中的仿真实验将AE-RRT^(*)与RRT^(*)、Quick-RRT^(*)、Bi-RRT^(*)、Informed-RRT^(*)和Smart-RRT^(*)进行对比。实验结果表明,与RRT^(*)相比,AE-RRT^(*)在二维环境中找到初始路径的时间、初始路径的长度和收敛至全局次优路径的时间分别减少了63.78%、6.55%和71.93%;在三维环境中的3个指标分别减少了59.44%、18.26%和79.58%。
关键词
快速扩展随机树
动态目标
偏置采样
动态步长策略
自适应高斯
采样
路径规划
Keywords
Rapidly-exploring Random Tree(RRT)
dynamic goal-biased sampling
dynamic step size strategy
adaptive Gaussian sampling
path planning
分类号
TP242.6 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
基于MBIT^(*)的移动机器人渐进最优路径规划
3
作者
陈正升
田楚开
刘凯旋
王雪松
程玉虎
陈彦杰
机构
中国矿业大学信息与控制工程学院
国防科技大学智能科学学院
出处
《仪器仪表学报》
北大核心
2025年第5期352-364,共13页
基金
国家重点研发计划(2024YFC3016303)
国家自然科学基金(62373364,62273098)
+1 种基金
国家自然科学基金(62373364)
国家重点研发计划课题(2024YFC3016303)中国矿业大学集萃研究生教育教学改革专项(2025JCJG012)项目资助。
文摘
提出一种基于多批量知情树(Multi-Batch Informed Trees,MBIT^(*))的移动机器人路径规划算法以降低路径规划时间及路径长度。该算法包含多知情集生成及路径优化两个步骤。首先,基于广义维诺图生成移动机器人启发式无碰撞参考路径;之后,基于批量知情树(Batch Informed Trees,BIT^(*))及初始参考路径提出并构建多知情集搜索方法,进而移动机器人路径规划的采样区域并提高路径搜索效率。以此为基础,为避免现有批量知情树算法中采样点的不均匀分布问题,根据障碍物与知情集分布引入偏置采样算法,规划出狭窄环境下移动机器人的搜索时间与长度最优路径;为证明算法有效性,对提出的多批量知情树算法进行理论分析,结果表明该算法具有概率完备性及渐进最优性且计算复杂度及存储空间具有可测性;同时,开发提出的多批量知情树算法软件模块,并将其集成到机器人操作系统;为进一步对算法进行验证,在典型地图下将提出的多批量知情树路径规划算法与目前常用的基于采样的路径规划算法进行仿真研究与性能对比,并在典型地图下对算法开展真机实验研究。结果表明,提出基于多批量知情树的移动机器人路径规划算法在路径长度与规划时间具有显著优势,并具有可实现性。
关键词
多批量知情树
偏置
高斯
采样
路径规划
多知情集
机器人操作系统
Keywords
batch informed trees(BIT^(*))
biased Gaussian sampling
path planning
multi-informed subset
robot operating system
分类号
TP242. [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
基于ROS的双机器人路径规划
被引量:
3
4
作者
张宁
张彩霞
高萌
林壮
郭静
余伟
机构
佛山科学技术学院机电工程与自动化学院
佛山智能装备技术研究院
广东省智慧城市基础设施健康监测与评估工程技术研究中心
出处
《组合机床与自动化加工技术》
北大核心
2022年第9期29-32,37,共5页
基金
国家自然科学基金青年基金(61803086)
广东省基础与应用基础研究基金粤港澳应用数学中心项(2020B1515310003)
+1 种基金
佛山核心技术攻关项目(1920001001367)
广东省粮油质量安全大数据工程技术研究中心。
文摘
为了使双机械臂能够在复杂的环境中完成协同运动任务,提出了一种基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)的改进路径规划算法。首先,根据双机械臂的坐标系,推导出相关的约束关系,为减小轨迹误差设计一种双机械臂标定方法,准确计算出双机械臂基座标齐次变换关系;其次,为了优化机械臂的运动规划算法,对传统的快速随机搜索树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法进行偏置采样,融合(probabilistic road map,PRM)算法对路径进行二次优化,使其获得最短路径;最后,通过五次多项式对获得的路径进行轨迹优化。整个方案通过ROS控制实际机器人进行算法验证,实际结果证明,所提方案规划效率更高。
关键词
ROS
RRT算法
偏置采样
PRM算法
Keywords
ROS
RRT algorithm
bias sampling
PRM algorithm
分类号
TH165 [机械工程—机械制造及自动化]
TG659 [金属学及工艺—金属切削加工及机床]
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职称材料
题名
改进RRT^(*)算法的无人车全局路径规划研究
5
作者
但远宏
黄彬彬+
冯广旭
机构
重庆理工大学计算机科学与工程学院
出处
《计算机工程与应用》
2025年第18期326-335,共10页
基金
重庆市科委重点攻关计划项目(2021CCB03)。
文摘
针对RRT^(*)算法在无人车全局路径规划中存在节点扩展效率低、搜索范围大以及路径曲折等问题,提出了一种基于自适应偏置采样与启发式多候选扩展节点的变步长RRT^(*)算法。该算法通过偏置公式自适应调整采样点向目标点方向,提高扩展质量;在扩展阶段选取多个候选节点,动态调整步长并结合实际与潜在代价筛选最优扩展节点,增强环境适应性;生成初步路径后,利用启发式代价最大的路径节点状态引导采样,加速路径收敛;采用视线检查的双向寻优和插值B样条方法对路径进行后处理,提升路径平滑度。仿真实验结果表明,对比同类型其他算法,改进算法在路径规划效率、路径代价以及平滑度方面具有显著优势,为无人车快速获取无碰撞且平滑的全局最优路径提供了可靠保障。
关键词
无人车
全局路径规划
RRT^(*)算法
偏置采样
启发式扩展
变步长
Keywords
unmanned vehicles
global path planning
RRT^(*)algorithm
biased sampling
heuristic expansion
variable step-size
分类号
TP242 [自动化与计算机技术]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于偏置采样和包围优化的移动机器人路径规划方法
陈彦杰
梁景林
张智星
喻骁
王耀南
《厦门大学学报(自然科学版)》
CAS
CSCD
北大核心
2022
2
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职称材料
2
基于节点到障碍物距离的自适应扩展RRT^(*)路径规划算法
王蔡琪
崔西宁
熊毅
伍世虔
《计算机应用》
北大核心
2025
1
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职称材料
3
基于MBIT^(*)的移动机器人渐进最优路径规划
陈正升
田楚开
刘凯旋
王雪松
程玉虎
陈彦杰
《仪器仪表学报》
北大核心
2025
0
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职称材料
4
基于ROS的双机器人路径规划
张宁
张彩霞
高萌
林壮
郭静
余伟
《组合机床与自动化加工技术》
北大核心
2022
3
在线阅读
下载PDF
职称材料
5
改进RRT^(*)算法的无人车全局路径规划研究
但远宏
黄彬彬+
冯广旭
《计算机工程与应用》
2025
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职称材料
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