基于APF-RRT^(*)的火龙果采摘机械臂路径规划研究

1

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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应用改进APF-Informed-RRT^(*)算法的配送无人机航迹规划

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作者 刘玉梦 任彦 +3 位作者 王静宇 赵利云 王琦 单俊茹 《中国测试》 北大核心 2025年第1期173-180,共8页

为加快末端物流配送的效率,提出一种配送无人机的航迹规划问题。针对传统快速搜索随机树(rapidlysearch random tree,RRT)算法在航迹规划中存在的盲目性和路径不平滑等问题,将人工势场法(artificial potential field,APF)与Informed-RRT... 为加快末端物流配送的效率,提出一种配送无人机的航迹规划问题。针对传统快速搜索随机树(rapidlysearch random tree,RRT)算法在航迹规划中存在的盲目性和路径不平滑等问题,将人工势场法(artificial potential field,APF)与Informed-RRT^(*)算法融合,提出一种自适应步长增长策略的改进APF-Informed-RRT^(*)算法。首先在选择新节点时,考虑到障碍物和目标点的影响,提出一种自适应步长增长策略来解决采样的盲目性;其次采用三次B样条对拐点处进行平滑处理;最后分别采用RRT^(*)算法、Informed-RRT^(*)算法和改进APF-Informed-RRT^(*)算法在两种环境中进行仿真实验。结果表明,改进APF-Informed-RRT^(*)算法相较于RRT^(*)算法和Informed-RRT^(*)算法,在运行时间、迭代次数以及路径平滑上都得到提升。 展开更多

关键词 末端物流配送 航迹规划 人工势场法 Informed-RRT^(*)算法

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动态环境下AIP-RRT^(*)与DGF-APF融合的机器人路径规划

3

作者 宋俊辉 刘宇庭 郭世杰 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第3期51-64,共14页

针对移动机器人在路径规划中存在收敛速度慢、路径冗余点较多、动态环境不适用,以及缺乏有效的协同机制综合全局与局部规划结果而导致路径长度的大幅增加等问题,提出一种基于改进势函数的自适应快速搜索随机树(AIP-RRT^(*))与基于动态... 针对移动机器人在路径规划中存在收敛速度慢、路径冗余点较多、动态环境不适用,以及缺乏有效的协同机制综合全局与局部规划结果而导致路径长度的大幅增加等问题,提出一种基于改进势函数的自适应快速搜索随机树(AIP-RRT^(*))与基于动态引力场的人工势场法(DGF-APF)的路径规划融合算法。首先,构建了自适应目标偏置概率策略,通过启发函数生成新节点,以提高路径规划算法的搜索效率;其次,构建了自适应步长函数,以提高路径探索能力并加快路径规划算法的收敛速度;再次,采用了基于目标回溯的剪枝优化策略,剔除全局路径中的冗余点,以提高路径的质量;最后,提出了面向动态场景的AIP-RRT^(*)与DGF-APF路径规划融合算法,通过以全局关键节点作为局部子目标点在动态环境下进行局部路径规划的方法,实现AIP-RRT^(*)与DGF-APF融合算法的路径规划,并构建了基于动态引力场策略的协同机制,综合全局与局部路径规划的结果从而缩短路径长度。综合仿真实验与真实实验的结果表明,该路径规划融合算法具有较好的全局路径规划能力以及局部路径规划能力,使得机器人能够更好的适应静态以及动态环境。在真实环境中,改进融合算法相较于传统算法在路径长度方面平均减少了6.34%,在运行时间方面平均减少了10.71%。 展开更多

关键词 移动机器人 路径规划 动态环境 AIP-RRT^(*) DGF-APF

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基于改进RRT^(*)算法的无人艇路径规划快速求解算法 被引量：1

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作者 姜兆祯 王文龙 孙文祺 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期888-900,共13页

针对快速扩展随机树(RRT)算法在无人艇路径规划工作中目的性较弱的问题,提出一种改进的无人艇路径规划快速求解算法。对人工势场法进行改进,额外添加4个方向的受力分析,综合计算无人艇所受合力;重新定义转向角度的计算方法,避免其进入... 针对快速扩展随机树(RRT)算法在无人艇路径规划工作中目的性较弱的问题,提出一种改进的无人艇路径规划快速求解算法。对人工势场法进行改进,额外添加4个方向的受力分析,综合计算无人艇所受合力;重新定义转向角度的计算方法,避免其进入局部最优陷阱,使其可以顺利抵达目标点,得到一条初始路径;利用该初始路径来设定快速扩展随机树算法的随机点采样区域,通过降低随机采样点生成在无价值区域的概率,以提高算法的目的性和时效性,得到二次规划路径;对二次规划路径进行冗余点去除操作,减少路径节点的同时可以进一步降低路径代价,得到最终的规划路径。实验结果表明:改进算法在取得相近代价的路径时,运行时间最多降低了84.14%,采样点数量最多减少了70.09%,算法质量更好,运行效率更高。 展开更多

关键词 无人艇 路径规划 RRT^(*)算法 APF算法 APF-RRT^(*)算法

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基于ABSS-ARRT*算法的焊接机械臂避障路径规划研究

5

作者 宋燕利 张舒磊 +4 位作者 宋康 王旭初 刘煜键 苏建军 杨林 《精密成形工程》 北大核心 2024年第11期168-177,共10页

目的针对RRT*算法(Rapid-exploration RandomTree*)在机械臂避障路径规划中存在的搜索效率低、采样点质量差,算法整体效率低、收敛较慢等缺点,提出一种自适应偏置-步长-采样域策略及融合人工势场法的ABSS-ARRT*算法(Adaptive Bias-step-... 目的针对RRT*算法(Rapid-exploration RandomTree*)在机械臂避障路径规划中存在的搜索效率低、采样点质量差,算法整体效率低、收敛较慢等缺点,提出一种自适应偏置-步长-采样域策略及融合人工势场法的ABSS-ARRT*算法(Adaptive Bias-step-Sampling Domain and Improved Artificial Potential Field RRT*)。方法在RRT*算法中融入自适应目标偏置采样策略和动态采样域策略,提出一种融合人工势场法(Artificial PotentialField,APF)思想的改进新节点生成策略,引入引力和斥力权重系数,同时采用自适应步长策略,使算法的性能得到提升。结果通过二维和三维地图中的验证,相较于RRT算法和RRT*算法,ABSS-ARRT*算法在平均迭代次数、收敛时间、路径节点数量、路径总长度及平均成功率均表现出优越性,其中二维地图中路径长度分别缩短了21.8%和3.23%,平均迭代时间分别下降了35.6%和52.0%,三维地图中路径长度分别缩短了28.9%和19.5%,平均迭代时间分别下降了75.9%和72.5%,同时在MATLAB中对改进的RRT*算法在机械臂上进行可行性验证。结论所提出的ABSS-ARRT*算法能够在复杂静态环境中为机械臂快速智能地规划出一条无碰撞高质量路径,验证了该算法的优越性和可行性。 展开更多

关键词 路径规划 RRT*算法 自适应目标偏置 动态采样域 APF新节点生成

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复杂环境下基于改进Informed RRT*的无人机路径规划算法 被引量：12

6

作者 刘文倩 单梁 +2 位作者 张伟龙 刘成林 马强 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期511-524,共14页

针对无人机在复杂环境中进行路径规划时,快速搜索随机树(RRT)算法易出现规划时间长、路径冗余、狭窄空间中易陷入局部约束导致规划失败的问题,提出一种改进的Informed RRT*算法.首先,引入人工势场法使采样点按照势场下降的方式向目标点... 针对无人机在复杂环境中进行路径规划时,快速搜索随机树(RRT)算法易出现规划时间长、路径冗余、狭窄空间中易陷入局部约束导致规划失败的问题,提出一种改进的Informed RRT*算法.首先,引入人工势场法使采样点按照势场下降的方式向目标点移动,以提高RRT树扩展的目的性和方向性.然后,考虑随机树在扩展过程中全局环境的复杂度,引入自适应步长调整策略以增加随机树在无障碍环境下的扩展速度,并在随机树扩展的过程中加入相关约束条件以确保生成路径的可行性.在找到第一条可达路径后,采用变化的椭圆或椭球采样域限制采样点选取和自适应步长的扩展范围,加快算法收敛到渐进最优的速度.最后,在复杂二维和三维环境下进行传统算法和改进算法的对比实验,仿真分析表明:改进算法可以在很少的迭代次数下找到更优的初始路径,更快地锁定椭圆或椭球采样域,从而给路径优化留出更多时间,算法规划效果更好. 展开更多

关键词 路径规划 Informed RRT* 人工势场法 自适应步长 椭圆采样域

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基于混合算法的机器人路径规划 被引量：5

7

作者 彭求志 田丽 +1 位作者 吴道华 李仕成 《安徽大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第5期77-83,共7页

针对IRRT*(informed rapidly-exploring random trees star)算法在机器人路径规划中搜索效率低、收敛速度慢的问题,将APF(artificial potential field method)与IRRT*算法相结合,提出APF-IRRT*混合算法.仿真实验结果表明:相对于其他3种... 针对IRRT*(informed rapidly-exploring random trees star)算法在机器人路径规划中搜索效率低、收敛速度慢的问题,将APF(artificial potential field method)与IRRT*算法相结合,提出APF-IRRT*混合算法.仿真实验结果表明:相对于其他3种算法,APF-IRRT*算法的搜索时间、节点数目、路径长度的数值均最小;APF-IRRT*算法对地图的复杂性以及面积的变化均有较强的适应能力. 展开更多

关键词 机器人 RRT* APF 混合算法 路径规划

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涡流人工势场引导下的RRT*移动机器人路径规划 被引量：15

8

作者 曹凯 陈阳泉 +1 位作者 高嵩 高佳佳 《计算机科学与探索》 CSCD 北大核心 2021年第4期723-732,共10页

为了解决快速扩展随机树(RRT)在障碍物密集、通道狭窄的环境中收敛速度缓慢、采样节点密集、路径曲折复杂等问题,围绕RRT的一种常见的变体算法RRT*,设计了一种由人工势场(APF)引导RRT*进行路径规划的方法。首先,使用涡流约束向外发散的... 为了解决快速扩展随机树(RRT)在障碍物密集、通道狭窄的环境中收敛速度缓慢、采样节点密集、路径曲折复杂等问题,围绕RRT的一种常见的变体算法RRT*,设计了一种由人工势场(APF)引导RRT*进行路径规划的方法。首先,使用涡流约束向外发散的斥力场,沿着切向梯度方向形成涡流场,并利用涡流人工势场(VAPF)在RRT*偏向区域中引导采样节点进行偏向采样,以减少执行时间,加快收敛速度;同时,利用节点拒绝技术去除高成本节点和无效节点,生成节点更为集中的轨迹树,降低内存需求;最后,通过修剪路径中的多余节点,并利用涡流势场的特性对路径进行平滑处理,达到路径优化的效果。考虑到RRT类算法具有概率随机性,对RRT算法、改进RRT*算法和VAPF-RRT*算法分别进行了32次对比实验。仿真结果表明,提出的VAPFRRT*算法明显降低了迭代次数,以更少的采样节点和执行时间收敛到更短更平滑的路径,提高了内存利用率,加快了收敛速度。 展开更多

关键词 路径规划 快速扩展随机树(RRT) 人工势场法(APF) 移动机器人 涡流

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代价函数引导的机械臂运动规划算法 被引量：7

9

作者 徐晓慧 张金龙 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2020年第1期62-67,共6页

本文提出一种基于连杆运动方程的人工势场,引导基于转换的快速随机扩展树(T-RRT)改进算法采样,在高维度空间搜索低成本路径的同时解决机械臂运动规划中T-RRT算法收敛速度慢的问题。简化机械臂模型以提高碰撞检测的效率,并与运动学分析... 本文提出一种基于连杆运动方程的人工势场,引导基于转换的快速随机扩展树(T-RRT)改进算法采样,在高维度空间搜索低成本路径的同时解决机械臂运动规划中T-RRT算法收敛速度慢的问题。简化机械臂模型以提高碰撞检测的效率,并与运动学分析结合调制连杆运动方程,从而确定各质点轨迹长度、叠加以建立机械臂人工势场,作为代价函数判断状态节点的成本,引导其不断向目标位置逼近,同时为了进一步提高算法的扩张速度,引入剪枝函数对细化节点进行限制。在不同的障碍地图中进行MATLAB仿真实验,该算法与RRT、T-RRT算法相比,路径长度最短、节点采样效率最高、节点平均采样时间最优,运行时间分别缩短了约3/4及2/3。所提算法在提高路径质量的同时有效提高搜索效率,能适应环境的变化。 展开更多

关键词 机械臂 改进T-RRT 连杆运动方程 人工势场 运动学分析 MATLAB

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基于人工势场法引导的Bi-RRT的水面无人艇路径规划算法 被引量：7

10

作者 张一帆 史国友 徐家晨 《上海海事大学学报》 北大核心 2022年第4期16-22,共7页

为使水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)规划出实时性强、避障精准性高、平滑度优、航程短的路径,在双向快速扩展随机树(bidirectional rapidly-exploring random trees,Bi-RRT)算法的基础上,设计一种人工势场法(artificial pote... 为使水面无人艇(unmanned surface vehicle,USV)规划出实时性强、避障精准性高、平滑度优、航程短的路径,在双向快速扩展随机树(bidirectional rapidly-exploring random trees,Bi-RRT)算法的基础上,设计一种人工势场法(artificial potential field,APF)引导的Bi-RRT算法(简写为APF-Bi-RRT算法)。改进随机点采样机制,并在新节点生成时引入改进的势场函数,提高路径生成效率;考虑USV的操纵性能要求,在节点生成后引入转向角约束,避免出现大角度转向。分别设计简单、复杂和特殊3种环境下的路径规划实验方案,对比APF-Bi-RRT算法、Bi-RRT算法、APF和A*算法在规划时间、路径长度、最大转向角、节点数量等4个指标下的规划效果。实验结果证明:APF-Bi-RRT算法在提高搜索效率的同时能极大地减少路径长度和节点数量,提高路径平滑度;优化后的路径更适用于USV的跟踪控制,满足海上实际航行需求。 展开更多

关键词 水面无人艇(USV) 双向快速扩展随机树(Bi-RRT)算法 人工势场法(APF) 路径规划 转向角约束

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基于人工势场法和启发式采样的最优路径收敛方法 被引量：14

11

作者 李伟 金世俊 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2021年第10期2912-2918,共7页

具有渐进最优性的快速搜索随机树(RRT)算法在路径规划过程中确保了其概率完备性和渐进最优性,然而仍存在收敛速度慢且产生大而密集的采样空间等问题。为了加快算法的收敛速度,提出了一种基于人工势场法和启发集合采样来快速获取最优路... 具有渐进最优性的快速搜索随机树(RRT)算法在路径规划过程中确保了其概率完备性和渐进最优性,然而仍存在收敛速度慢且产生大而密集的采样空间等问题。为了加快算法的收敛速度,提出了一种基于人工势场法和启发集合采样来快速获取最优路径的方法。首先,利用人工势场法构建出一条由起点到目标点的初始路径;然后,以起点和目标点的位置和之间的距离以及初始路径的路径代价作为参数来构建初始启发采样集合;最后,限定在启发集合内进行采样,并且在算法进行的过程中调整启发采样集合的范围,进而加快路径收敛速度。仿真实验中,获取相同路径代价的路径时,所提人工势场结合启发式采样的方法为基础的结合人工势场法和启发采样策略的快速获取最优路径的RRT(PI-RRT)算法相较于RRT算法,采样点数减少了约67%,算法运行时间平均缩短了约74.5%;相较于启发式RRT(Informed-RRT)算法,采样点数减少了约40~50%,算法运行时间平均缩短了约62.5%。所提出的最优路径收敛方法大量减少了冗余采样次数并缩短了算法运行时间,具有更高的算法效率,收敛到最优路径的速度更快。 展开更多

关键词 路径规划 快速搜索随机树算法 人工势场法 启发采样集合 启发式渐进最优快速搜索随机树算法

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改进APF-Informed-RRT*融合算法的无人机航迹规划 被引量：10

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作者 盛春红 范珈铭 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第6期1-7,共7页

近几十年,渐近最优快速搜索随机树(RRT*)算法受到广泛关注。为了解决其收敛速度慢、生成路径代价高的问题,提出一种改进APF(Artificial Potential Field)-Informed-RRT*融合算法进行无人机航迹规划。该算法结合Informed采样策略,将随机... 近几十年,渐近最优快速搜索随机树(RRT*)算法受到广泛关注。为了解决其收敛速度慢、生成路径代价高的问题,提出一种改进APF(Artificial Potential Field)-Informed-RRT*融合算法进行无人机航迹规划。该算法结合Informed采样策略,将随机点约束在椭圆空间内,提高搜索效率。当新算法找到最近节点后,引入改进APF生成高质量的新节点。目标点及随机采样点对生长树的最近节点产生吸引力,障碍物对其产生排斥力,然后将合力方向作为随机树生长方向,解决局部最小值的问题,大大缩短了收敛时间。将该算法与RRT*,Informed-RRT*算法进行比较,结果表明了新算法的优越性和有效性。 展开更多

关键词 快速搜索随机树 Informed采样策略 人工势场 航迹规划

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