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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
1
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%。
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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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职称材料
改进RRT算法的机械臂路径规划
2
作者
谭薪兴
李光
+2 位作者
易静
薛晨慷
龙厚云
《计算机集成制造系统》
北大核心
2025年第3期1014-1023,共10页
为了解决面向快速扩展随机树(RRT)方法的路径规划存在环境探索能力不足、收敛速度慢、路径质量差的问题,提出一种适用于机械臂的全局自适应步长与节点拒绝RRT路径规划算法,首先提出一种全局自适应步长的方法,根据地图中障碍物的空间大...
为了解决面向快速扩展随机树(RRT)方法的路径规划存在环境探索能力不足、收敛速度慢、路径质量差的问题,提出一种适用于机械臂的全局自适应步长与节点拒绝RRT路径规划算法,首先提出一种全局自适应步长的方法,根据地图中障碍物的空间大小自适应地计算初始步长,同时在扩展过程中,利用收集到的环境信息,自适应调整当前步长,实现路径规划的全局自适应步长方法,增强了对地图的探索能力;然后使用一种节点拒绝的方法,避免探索重复区域,加快了算法的收敛速度;最后对路径进行冗余节点的去除操作,缩短了路径长度,并使用三次B样条曲线对路径进行平滑处理,使得机械臂的路径更加平滑。在机械臂上进行仿真实验,结果表明:改进RRT算法的探索能力高于标准RRT、GB-RRT、RRT-Connect算法,对环境的适应性强,提高了路径搜索效率,从而验证了该算法的优越性和可行性。
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关键词
机械臂
快速
搜索
随机
树
算法
路径规划
全局
自适应
步长
节点拒绝
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职称材料
室内场景下应用拓扑结构的高效路径规划算法
被引量:
1
3
作者
李冠达
金兢
+2 位作者
王凡
夏营威
杨学志
《计算机工程》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期95-106,共12页
针对基于随机采样的路径规划算法效率低且采样具有随机性的问题,提出一种应用拓扑结构的高效路径规划算法ATIRRT*。通过引入拓扑节点代替STIRRT*算法中Harris角点检测算法得到的特征点进行采样,给出基于阈值的自适应选择方法来消除路径...
针对基于随机采样的路径规划算法效率低且采样具有随机性的问题,提出一种应用拓扑结构的高效路径规划算法ATIRRT*。通过引入拓扑节点代替STIRRT*算法中Harris角点检测算法得到的特征点进行采样,给出基于阈值的自适应选择方法来消除路径骨架上提取的冗余特征点,利用该阈值得到的拓扑节点可以使随机树的扩展更具方向性,从而减少寻找初始路径的时间和代价。根据非单一父节点的连接方式加强交叉支路上的拓扑节点间的联系,通过节点扩充策略增加相邻拓扑节点间的节点数量以加快优化算法的收敛。在此基础上定义相关约束条件将初始路径分段并进行逐段优化,以提高优化算法的效率。在常规环境、狭长空间和仿真的室内环境3种类型地图上的仿真结果表明,相较于STIRRT*算法,改进算法在规划路径长度上平均减少8%,在规划时间上平均降低10%,可快速地找到更优的初始路径,同时在优化过程中减少了无用的探索空间,提高了搜索效率。
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关键词
全局路径规划
快速
扩展
随机
树
角点检测
算法
自适应
阈值
节点扩充策略
约束条件
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职称材料
移动机械臂牵引卷装纱线的动态建模与控制
4
作者
许高平
孙以泽
《纺织学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期1-11,共11页
随着纺织工业的智能化转型需求,应用于纺织产业的工业机器人技术不断发展。针对在复杂的纺织加工环境下,机器人对柔性纱线直接操纵存在的纱线形态感知困难与空间局限性,以移动机械臂对织造领域整经纱架上卷装线头的牵引操纵为例,提出一...
随着纺织工业的智能化转型需求,应用于纺织产业的工业机器人技术不断发展。针对在复杂的纺织加工环境下,机器人对柔性纱线直接操纵存在的纱线形态感知困难与空间局限性,以移动机械臂对织造领域整经纱架上卷装线头的牵引操纵为例,提出一种集成机器人避障运动规划策略的卷装纱线牵引操纵控制框架。构建了卷装纱线系统的动力学模型,解析了机器人与纱线间的运动耦合关系和机器人牵引纱线的运动控制方程,提出了基于纱线轴向应变约束的改进自适应引导快速扩散随机树算法,保障机器人避障运动的同时防止纱线被过度拉伸。通过数值仿真验证了该控制框架的有效性,实现了机械臂对卷装纱线从起点到目标点的无碰撞柔顺牵引操纵。
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关键词
纱线动力学
卷装线头牵引
移动机械臂
自适应引导快速扩散随机树算法
避障规划
智能制造
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职称材料
基于改进RRT结合B样条的机械臂运动规划方法
被引量:
21
5
作者
李扬
张蕾
+2 位作者
李鹏飞
王晓华
王文杰
《计算机集成制造系统》
EI
CSCD
北大核心
2023年第1期254-263,共10页
为解决传统快速拓展随机树(RRT)算法的随机性强,导向性差,规划时间长及寻迹平滑度差等问题,提出一种基于目标偏置策略结合自适应可变步长的改进型RRT算法(PAVS-RRT)。首先,在传统RRT算法基础上设置一个目标偏置阈值,同时引入局部扩展机...
为解决传统快速拓展随机树(RRT)算法的随机性强,导向性差,规划时间长及寻迹平滑度差等问题,提出一种基于目标偏置策略结合自适应可变步长的改进型RRT算法(PAVS-RRT)。首先,在传统RRT算法基础上设置一个目标偏置阈值,同时引入局部扩展机制避免因改变采样结构而造成的局部最优问题;其次,结合自适应步长策略优化其搜索时间;最后,采用三次B样条函数对所规划路径进行拟合优化。仿真实验中所提算法在保证机械臂成功避障且顺利抵达目标位置的同时,其各关节参数均波动较小且未发生突变,有效降低了机械臂在运动规划过程中的抖振情况。实验结果表明,所提算法较基本算法其平均路径搜索时间提高了73.49%,算法搜索效率及平滑性得到显著改善。
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关键词
工业机械臂
运动规划
快速
拓展
随机
树
算法
目标偏置策略
自适应
可变步长
三次B样条
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职称材料
复杂多场景下机械臂避障运动规划方法研究
被引量:
5
6
作者
宋勇
张蕾
+1 位作者
田荣
王晓华
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第3期500-509,共10页
为提高工业机械臂在狭窄通道、多障碍物等复杂多场景下避障运动规划的成功率和效率,建立了基于圆柱体和球体包围盒机械臂与障碍物之间的碰撞检测模型,并提出了一种基于启发式概率融合人工势场法的改进型RRT^(*)算法(P-artificial potent...
为提高工业机械臂在狭窄通道、多障碍物等复杂多场景下避障运动规划的成功率和效率,建立了基于圆柱体和球体包围盒机械臂与障碍物之间的碰撞检测模型,并提出了一种基于启发式概率融合人工势场法的改进型RRT^(*)算法(P-artificial potential field-RRT^(*),PAPF-RRT^(*))。采样上引入概率目标偏向与随机采样点优选策略,对采样点进行位置优选约束,增强采样导向性和质量;为改变传统新节点扩展方向和特殊环境下局部最优问题,融合人工势场法的目标引力与障碍物斥力和自适应步长,使算法在APF产生的合力范围下实时引导新节点扩展方向和步长大小,降低过度的探索和碰撞区域扩展;对冗余节点进行删除,并采用三次B样条插值优化,提高机械臂轨迹的柔顺性。仿真结果表明,所提算法较传统RRT^(*)算法在平均路径搜索时间上降低了56.75%,路径长度缩短了17.74%。导入机械臂模型后可视化仿真结果证明,所提算法可使机械臂成功避障且快速平稳运行到目标点。
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关键词
机械臂运动规划
渐进最优
快速
拓展
随机
树
算法
启发式概率
人工势场法
自适应
步长
三次B样条
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职称材料
题名
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
1
作者
万程龙
周焕银
刘凯伦
龚利文
周剑照
刘国权
机构
东华理工大学机械与电子工程学院
出处
《机床与液压》
北大核心
2025年第9期31-37,共7页
基金
江西省重点基金项目(20224ACB204022)
国家自然科学基金地区科学基金项目(62063001)
+2 种基金
国家自然科学基金项目(62341301)
四川省重点实验室开放基金项目(2023RYY02)
四川省重点实验室开放课题项目(23kftk06)。
文摘
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%。
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
Keywords
underwater vehicle
3D path planning
rapidly exploring random tree algorithm
adaptive segmentation step
artificial potential field algorithm
分类号
TP391 [自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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职称材料
题名
改进RRT算法的机械臂路径规划
2
作者
谭薪兴
李光
易静
薛晨慷
龙厚云
机构
湖南工业大学机械工程学院
出处
《计算机集成制造系统》
北大核心
2025年第3期1014-1023,共10页
基金
湖南省自然科学基金资助项目(2018JJ4079)。
文摘
为了解决面向快速扩展随机树(RRT)方法的路径规划存在环境探索能力不足、收敛速度慢、路径质量差的问题,提出一种适用于机械臂的全局自适应步长与节点拒绝RRT路径规划算法,首先提出一种全局自适应步长的方法,根据地图中障碍物的空间大小自适应地计算初始步长,同时在扩展过程中,利用收集到的环境信息,自适应调整当前步长,实现路径规划的全局自适应步长方法,增强了对地图的探索能力;然后使用一种节点拒绝的方法,避免探索重复区域,加快了算法的收敛速度;最后对路径进行冗余节点的去除操作,缩短了路径长度,并使用三次B样条曲线对路径进行平滑处理,使得机械臂的路径更加平滑。在机械臂上进行仿真实验,结果表明:改进RRT算法的探索能力高于标准RRT、GB-RRT、RRT-Connect算法,对环境的适应性强,提高了路径搜索效率,从而验证了该算法的优越性和可行性。
关键词
机械臂
快速
搜索
随机
树
算法
路径规划
全局
自适应
步长
节点拒绝
Keywords
manipulator
rapidly-exploring random tree
path planning
global adaptive step size
node rejection
分类号
TP241 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
TP18 [自动化与计算机技术—控制理论与控制工程]
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职称材料
题名
室内场景下应用拓扑结构的高效路径规划算法
被引量:
1
3
作者
李冠达
金兢
王凡
夏营威
杨学志
机构
合肥工业大学计算机与信息学院
合肥工业大学工业安全与应急技术安徽省重点实验室
中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所
中国科学技术大学研究生院科学岛分院
合肥工业大学软件学院
出处
《计算机工程》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第6期95-106,共12页
基金
中央高校基本科研业务费专项资金(PA2021GDSK0070)
安徽高校协同创新项目(GXXT-2019-003)。
文摘
针对基于随机采样的路径规划算法效率低且采样具有随机性的问题,提出一种应用拓扑结构的高效路径规划算法ATIRRT*。通过引入拓扑节点代替STIRRT*算法中Harris角点检测算法得到的特征点进行采样,给出基于阈值的自适应选择方法来消除路径骨架上提取的冗余特征点,利用该阈值得到的拓扑节点可以使随机树的扩展更具方向性,从而减少寻找初始路径的时间和代价。根据非单一父节点的连接方式加强交叉支路上的拓扑节点间的联系,通过节点扩充策略增加相邻拓扑节点间的节点数量以加快优化算法的收敛。在此基础上定义相关约束条件将初始路径分段并进行逐段优化,以提高优化算法的效率。在常规环境、狭长空间和仿真的室内环境3种类型地图上的仿真结果表明,相较于STIRRT*算法,改进算法在规划路径长度上平均减少8%,在规划时间上平均降低10%,可快速地找到更优的初始路径,同时在优化过程中减少了无用的探索空间,提高了搜索效率。
关键词
全局路径规划
快速
扩展
随机
树
角点检测
算法
自适应
阈值
节点扩充策略
约束条件
Keywords
global path planning
Rapidly-exploring Random Tree(RRT)
corner detection algorithm
adaptive threshold
node expansion strategy
constraint condition
分类号
TP18 [自动化与计算机技术—控制理论与控制工程]
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职称材料
题名
移动机械臂牵引卷装纱线的动态建模与控制
4
作者
许高平
孙以泽
机构
东华大学机械工程学院
出处
《纺织学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第1期1-11,共11页
基金
国家重点研发计划项目(2022YFB4700603)
中央高校基本科研业务费专项资金、东华大学研究生创新基金资助项目(CUSF-DH-D-2022073)。
文摘
随着纺织工业的智能化转型需求,应用于纺织产业的工业机器人技术不断发展。针对在复杂的纺织加工环境下,机器人对柔性纱线直接操纵存在的纱线形态感知困难与空间局限性,以移动机械臂对织造领域整经纱架上卷装线头的牵引操纵为例,提出一种集成机器人避障运动规划策略的卷装纱线牵引操纵控制框架。构建了卷装纱线系统的动力学模型,解析了机器人与纱线间的运动耦合关系和机器人牵引纱线的运动控制方程,提出了基于纱线轴向应变约束的改进自适应引导快速扩散随机树算法,保障机器人避障运动的同时防止纱线被过度拉伸。通过数值仿真验证了该控制框架的有效性,实现了机械臂对卷装纱线从起点到目标点的无碰撞柔顺牵引操纵。
关键词
纱线动力学
卷装线头牵引
移动机械臂
自适应引导快速扩散随机树算法
避障规划
智能制造
Keywords
yarn dynamics
package yarn end-pulling
mobile manipulator
adaptive goal-guided rapidly-exploring random trees
obstacle avoidance planning
intelligent manufacturing
分类号
TS108 [轻工技术与工程—纺织工程]
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
基于改进RRT结合B样条的机械臂运动规划方法
被引量:
21
5
作者
李扬
张蕾
李鹏飞
王晓华
王文杰
机构
西安工程大学电子信息学院
出处
《计算机集成制造系统》
EI
CSCD
北大核心
2023年第1期254-263,共10页
基金
国家自然科学基金资助项目(51607133)
陕西省科技计划资助项目(2020TG-011)。
文摘
为解决传统快速拓展随机树(RRT)算法的随机性强,导向性差,规划时间长及寻迹平滑度差等问题,提出一种基于目标偏置策略结合自适应可变步长的改进型RRT算法(PAVS-RRT)。首先,在传统RRT算法基础上设置一个目标偏置阈值,同时引入局部扩展机制避免因改变采样结构而造成的局部最优问题;其次,结合自适应步长策略优化其搜索时间;最后,采用三次B样条函数对所规划路径进行拟合优化。仿真实验中所提算法在保证机械臂成功避障且顺利抵达目标位置的同时,其各关节参数均波动较小且未发生突变,有效降低了机械臂在运动规划过程中的抖振情况。实验结果表明,所提算法较基本算法其平均路径搜索时间提高了73.49%,算法搜索效率及平滑性得到显著改善。
关键词
工业机械臂
运动规划
快速
拓展
随机
树
算法
目标偏置策略
自适应
可变步长
三次B样条
Keywords
industrial manipulator
motion planning
rapidly exploring random tree algorithms
target bias strategy
adaptive variable step size
cubic B-spline
分类号
TP242.2 [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
复杂多场景下机械臂避障运动规划方法研究
被引量:
5
6
作者
宋勇
张蕾
田荣
王晓华
机构
西安工程大学电子信息学院
陕西人工智能联合实验室(西安工程大学分部)
出处
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第3期500-509,共10页
基金
国家自然科学基金联合基金(U2106218)资助。
文摘
为提高工业机械臂在狭窄通道、多障碍物等复杂多场景下避障运动规划的成功率和效率,建立了基于圆柱体和球体包围盒机械臂与障碍物之间的碰撞检测模型,并提出了一种基于启发式概率融合人工势场法的改进型RRT^(*)算法(P-artificial potential field-RRT^(*),PAPF-RRT^(*))。采样上引入概率目标偏向与随机采样点优选策略,对采样点进行位置优选约束,增强采样导向性和质量;为改变传统新节点扩展方向和特殊环境下局部最优问题,融合人工势场法的目标引力与障碍物斥力和自适应步长,使算法在APF产生的合力范围下实时引导新节点扩展方向和步长大小,降低过度的探索和碰撞区域扩展;对冗余节点进行删除,并采用三次B样条插值优化,提高机械臂轨迹的柔顺性。仿真结果表明,所提算法较传统RRT^(*)算法在平均路径搜索时间上降低了56.75%,路径长度缩短了17.74%。导入机械臂模型后可视化仿真结果证明,所提算法可使机械臂成功避障且快速平稳运行到目标点。
关键词
机械臂运动规划
渐进最优
快速
拓展
随机
树
算法
启发式概率
人工势场法
自适应
步长
三次B样条
Keywords
manipulator motion planning
asymptotically optimal rapidly exploring random tree
rapidly exploring random tree algorithms
artificial potential field
cubic B-spline
adaptive step-size
分类号
TP242.2 [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
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
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
万程龙
周焕银
刘凯伦
龚利文
周剑照
刘国权
《机床与液压》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
改进RRT算法的机械臂路径规划
谭薪兴
李光
易静
薛晨慷
龙厚云
《计算机集成制造系统》
北大核心
2025
0
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职称材料
3
室内场景下应用拓扑结构的高效路径规划算法
李冠达
金兢
王凡
夏营威
杨学志
《计算机工程》
CAS
CSCD
北大核心
2022
1
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职称材料
4
移动机械臂牵引卷装纱线的动态建模与控制
许高平
孙以泽
《纺织学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
0
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职称材料
5
基于改进RRT结合B样条的机械臂运动规划方法
李扬
张蕾
李鹏飞
王晓华
王文杰
《计算机集成制造系统》
EI
CSCD
北大核心
2023
21
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职称材料
6
复杂多场景下机械臂避障运动规划方法研究
宋勇
张蕾
田荣
王晓华
《西北工业大学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
5
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