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Path Planning of Oil Spill Recovery System With Double USVs Based on Artificial Potential Field Method
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作者 Yulei Liao Xiaoyu Tang +3 位作者 Congcong Chen Zijia Ren Shuo Pang Guocheng Zhang 《哈尔滨工程大学学报(英文版)》 2025年第3期606-618,共13页
Path planning for recovery is studied on the engineering background of double unmanned surface vehicles(USVs)towing oil booms for oil spill recovery.Given the influence of obstacles on the sea,the improved artificial ... Path planning for recovery is studied on the engineering background of double unmanned surface vehicles(USVs)towing oil booms for oil spill recovery.Given the influence of obstacles on the sea,the improved artificial potential field(APF)method is used for path planning.For addressing the two problems of unreachable target and local minimum in the APF,three improved algorithms are proposed by combining the motion performance constraints of the double USV system.These algorithms are then combined as the final APF-123 algorithm for oil spill recovery.Multiple sets of simulation tests are designed according to the flaws of the APF and the process of oil spill recovery.Results show that the proposed algorithms can ensure the system’s safety in tracking oil spills in a complex environment,and the speed is increased by more than 40%compared with the APF method. 展开更多
关键词 Oil spill recovery Double unmanned surface vehicles artificial potential field method Path planning Simulated annealing algorithm
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NOVEL APPROACH FOR ROBOT PATH PLANNING BASED ON NUMERICAL ARTIFICIAL POTENTIAL FIELD AND GENETIC ALGORITHM 被引量:2
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作者 WANG Weizhong ZHAO Jie GAO Yongsheng CAI Hegao 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2006年第3期340-343,共4页
A novel approach for collision-free path planning of a multiple degree-of-freedom (DOF) articulated robot in a complex environment is proposed. Firstly, based on visual neighbor point (VNP), a numerical artificial... A novel approach for collision-free path planning of a multiple degree-of-freedom (DOF) articulated robot in a complex environment is proposed. Firstly, based on visual neighbor point (VNP), a numerical artificial potential field is constructed in Cartesian space, which provides the heuristic information, effective distance to the goal and the motion direction for the motion of the robot joints. Secondly, a genetic algorithm, combined with the heuristic rules, is used in joint space to determine a series of contiguous configurations piecewise from initial configuration until the goal configuration is attained. A simulation shows that the method can not only handle issues on path planning of the articulated robots in environment with complex obstacles, but also improve the efficiency and quality of path planning. 展开更多
关键词 Robot Path planning artificial potential field Genetic algorithm
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Mobile robot path planning method combined improved artificial potential field with optimization algorithm 被引量:1
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作者 赵杰 Yu Zhenzhong Yan Jihong Gao Yongsheng Chen Zhifeng 《High Technology Letters》 EI CAS 2011年第2期160-165,共6页
To overcome the shortcomings of the traditional artificial potential field method in mobile robot path planning, an improved artificial potential field model (IAPFM) was established, then a new path planning method ... To overcome the shortcomings of the traditional artificial potential field method in mobile robot path planning, an improved artificial potential field model (IAPFM) was established, then a new path planning method combining the IAPFM with optimization algorithm (trust region algorithm) is proposed. Attractive force between the robot and the target location, and repulsive force between the robot and the obstacles are both converted to the potential field intensity; and filled potential field is used to guide the robot to go out of the local minimum points ; on this basis, the effect of dynamic obstacles velocity and the robot's velocity is consid thers and the IAPFM is established, then both the expressions of the attractive potential field and the repulsive potential field are obtained. The trust region algorithm is used to search the minimum value of the sum of all the potential field inten- sities within the movement scope which the robot can arrive in a sampling period. Connecting of all the points which hare the minimum intensity in every sampling period constitutes the global optimization path. Experiment result shows that the method can meet the real-time requirement, and is able to execute the mobile robot path planning task effectively in the dynamic environment. 展开更多
关键词 trust region optimization algorithm path planning artificial potential field mobile robot potential field intensity
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基于GSM-QGA的自适应椭圆作用域APF路径规划
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作者 李晖 刘述娟 +2 位作者 秦慧萍 鞠明媚 杜左强 《计算机系统应用》 2025年第3期248-258,共11页
针对传统人工势场法(artificial potential field,APF)未充分考虑车辆避碰风险分布差异性和陷入局部极值导致路径规划失败的问题,提出一种基于梯度统计变异量子遗传算法(gradient statistical mutation quantum genetic algorithm,GSM-Q... 针对传统人工势场法(artificial potential field,APF)未充分考虑车辆避碰风险分布差异性和陷入局部极值导致路径规划失败的问题,提出一种基于梯度统计变异量子遗传算法(gradient statistical mutation quantum genetic algorithm,GSM-QGA)的自适应椭圆作用域人工势场法.在传统斥力场圆形作用域的基础上,通过分析车辆和障碍物的相对运动状态,定义斥力势场动态椭圆作用域计算方法;同时对势场函数影响因素进行分析,引入速度因素分别完成斥力势场函数和引力势场函数的设计;将梯度统计变异量子遗传算法作为改进人工势场局部最优修正策略,当车辆陷入局部极值往复运动时,基于车辆当前位置构建伪全局地图,规划可行路径跳出局部极值范围.仿真实验结果表明,改进算法规划的路径不仅可以有效避免车辆陷入局部极值,减少车辆不必要的避障操作,而且在路径平滑性和路径长度等方面相比于传统APF算法和固定椭圆域APF算法均具有优势,所规划路径长度分别缩短6.37%和9.14%. 展开更多
关键词 路径规划 人工势场法 梯度统计变异量子遗传算法 自适应椭圆作用域
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Path Planning for AUVs Based on Improved APF-AC Algorithm 被引量:2
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作者 Guojun Chen Danguo Cheng +2 位作者 Wei Chen Xue Yang Tiezheng Guo 《Computers, Materials & Continua》 SCIE EI 2024年第3期3721-3741,共21页
With the increase in ocean exploration activities and underwater development,the autonomous underwater vehicle(AUV)has been widely used as a type of underwater automation equipment in the detection of underwater envir... With the increase in ocean exploration activities and underwater development,the autonomous underwater vehicle(AUV)has been widely used as a type of underwater automation equipment in the detection of underwater environments.However,nowadays AUVs generally have drawbacks such as weak endurance,low intelligence,and poor detection ability.The research and implementation of path-planning methods are the premise of AUVs to achieve actual tasks.To improve the underwater operation ability of the AUV,this paper studies the typical problems of path-planning for the ant colony algorithm and the artificial potential field algorithm.In response to the limitations of a single algorithm,an optimization scheme is proposed to improve the artificial potential field ant colony(APF-AC)algorithm.Compared with traditional ant colony and comparative algorithms,the APF-AC reduced the path length by 1.57%and 0.63%(in the simple environment),8.92%and 3.46%(in the complex environment).The iteration time has been reduced by approximately 28.48%and 18.05%(in the simple environment),18.53%and 9.24%(in the complex environment).Finally,the improved APF-AC algorithm has been validated on the AUV platform,and the experiment is consistent with the simulation.Improved APF-AC algorithm can effectively reduce the underwater operation time and overall power consumption of the AUV,and shows a higher safety. 展开更多
关键词 PATH-PLANNING autonomous underwater vehicle ant colony algorithm artificial potential field bio-inspired neural network
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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
6
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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LSDA-APF:A Local Obstacle Avoidance Algorithm for Unmanned Surface Vehicles Based on 5G Communication Environment 被引量:1
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作者 Xiaoli Li Tongtong Jiao +2 位作者 Jinfeng Ma Dongxing Duan Shengbin Liang 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2024年第1期595-617,共23页
In view of the complex marine environment of navigation,especially in the case of multiple static and dynamic obstacles,the traditional obstacle avoidance algorithms applied to unmanned surface vehicles(USV)are prone ... In view of the complex marine environment of navigation,especially in the case of multiple static and dynamic obstacles,the traditional obstacle avoidance algorithms applied to unmanned surface vehicles(USV)are prone to fall into the trap of local optimization.Therefore,this paper proposes an improved artificial potential field(APF)algorithm,which uses 5G communication technology to communicate between the USV and the control center.The algorithm introduces the USV discrimination mechanism to avoid the USV falling into local optimization when the USV encounter different obstacles in different scenarios.Considering the various scenarios between the USV and other dynamic obstacles such as vessels in the process of performing tasks,the algorithm introduces the concept of dynamic artificial potential field.For the multiple obstacles encountered in the process of USV sailing,based on the International Regulations for Preventing Collisions at Sea(COLREGS),the USV determines whether the next step will fall into local optimization through the discriminationmechanism.The local potential field of the USV will dynamically adjust,and the reverse virtual gravitational potential field will be added to prevent it from falling into the local optimization and avoid collisions.The objective function and cost function are designed at the same time,so that the USV can smoothly switch between the global path and the local obstacle avoidance.The simulation results show that the improved APF algorithm proposed in this paper can successfully avoid various obstacles in the complex marine environment,and take navigation time and economic cost into account. 展开更多
关键词 Unmanned surface vehicles local obstacle avoidance algorithm artificial potential field algorithm path planning collision detection
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改进A^(*)与APF的移动机器人路径规划算法研究
8
作者 冯泽鹏 李宗刚 +1 位作者 夏广庆 陈引娟 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第20期132-145,共14页
针对A^(*)路径规划算法在复杂环境中存在搜索效率受限及动态避障能力不足的问题,提出了一种改进A^(*)算法与人工势场法相结合的路径规划方法。对静态障碍物进行预处理获取可视化通行节点,进而建立在空旷区域和障碍物区域分别采用三角形... 针对A^(*)路径规划算法在复杂环境中存在搜索效率受限及动态避障能力不足的问题,提出了一种改进A^(*)算法与人工势场法相结合的路径规划方法。对静态障碍物进行预处理获取可视化通行节点,进而建立在空旷区域和障碍物区域分别采用三角形边界和三邻域的搜索机制,基于双向交替搜索策略实现了全局路径规划;将全局路径离散为等间距轨迹点,并引入人工势能函数将位于轨线上的动态障碍物影响区域建模为椭圆区域,利用机器人与前进方向最近轨迹点的距离作为斥力函数修正因子,将其与前进方向轨迹点吸引力的合力方向作为机器人避障方向,实现局部避障。仿真结果表明,所提算法与传统双向A^(*)算法相比,搜索时间减少了96%,遍历节点数减少了82.28%,机器人在实现避障的同时沿着全局最优路径前行,从而验证了算法的有效性。 展开更多
关键词 移动机器人 路径规划 改进A^(*)算法 apf算法 动态避障
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New multi-UAV formation keeping method based on improved artificial potential field 被引量:4
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作者 Hanlin SHENG Jie ZHANG +4 位作者 Zongyuan YAN Bingxiong YIN Shengyi LIU Tingting Bai Daobo WANG 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期249-270,共22页
Formation keeping is important for multiple Unmanned Aerial Vehicles(multi-UAV)to fully play their roles in cooperative combats and improve their mission success rate.However,in practical applications,it is difficult ... Formation keeping is important for multiple Unmanned Aerial Vehicles(multi-UAV)to fully play their roles in cooperative combats and improve their mission success rate.However,in practical applications,it is difficult to achieve formation keeping precisely and obstacle avoidance autonomously at the same time.This paper proposes a joint control method based on robust H∞ controller and improved Artificial Potential Field(APF)method.Firstly,we build a formation flight model based on the “Leader-Follower”structure and design a robust H∞ controller with three channels X,Y and Z to eliminate dynamic uncertainties,so as to realize high-precision formation keeping.Secondly,to fulfill obstacle avoidance efficiently in complex situations where UAVs fly at high speed with high inertia,this paper comes up with the improved APF method with deformation factor considered.The judgment criterion is proposed and applied to ensure flight safety.In the end,the simulation results show that the designed controller is effective with the formation keeping a high accuracy and in the meantime,it enables UAVs to avoid obstacles autonomously and recover the formation rapidly when coming close to obstacles.Therefore,the method proposed here boasts good engineering application prospect. 展开更多
关键词 Formation flight artificial potential field(apf) MULTI-UAV Trajectory planning Flight control systems
原文传递
DoS攻击下基于APF和DDPG算法的无人机安全集群控制
10
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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基于斥力范围约束的APF-RRT机械臂路径规划
11
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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基于自适应分段步长RRT-APF的水下机器人三维路径规划算法
12
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
13
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
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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BI-RRT-APF算法的移动机器人路径规划方法
15
作者 朱子文 赵永娟 +2 位作者 王中流 王海迪 周渊 《火力与指挥控制》 北大核心 2025年第8期123-128,136,共7页
针对移动机器人在多障碍物环境下路径规划时间长及路径冗余的问题,提出一种基于双向快速随机树和人工势场法算法的移动机器人路径规划方法。引入人工势场法来优化新节点的生成机制,提升算法的搜索效率,从而显著减少路径规划时间与路径... 针对移动机器人在多障碍物环境下路径规划时间长及路径冗余的问题,提出一种基于双向快速随机树和人工势场法算法的移动机器人路径规划方法。引入人工势场法来优化新节点的生成机制,提升算法的搜索效率,从而显著减少路径规划时间与路径长度。结合目标偏置策略来改进随机节点的生成方式,减少采样数量与采样时间。采用双向搜索策略进一步加速算法的收敛,缩短路径规划时间。仿真实验在复杂迷宫环境、凹型障碍物环境及U型陷阱环境中进行,结果显示,BI-RRT-APF算法相比传统RRT算法在路径长度上至少缩短了9.8%,在规划时间上至少减少了92.9%,有效提高了移动机器人的行驶效率。 展开更多
关键词 移动机器人 路径规划 快速拓展随机树算法 人工势场法 双向搜索策略
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基于APF-RRT*算法的装配机器人避障路径规划
16
作者 胡伟 王晓楠 《科技和产业》 2025年第17期73-78,共6页
针对装配生产线中机器人工作环境复杂、易发生碰撞且路径规划要求高的问题,提出一种APF-RRT*(人工势场-改进快速扩展随机树)算法。通过对机器人和障碍物进行模型简化,利用多种包围盒算法进行碰撞检测。详细阐述RRT、RRT*算法原理,并将... 针对装配生产线中机器人工作环境复杂、易发生碰撞且路径规划要求高的问题,提出一种APF-RRT*(人工势场-改进快速扩展随机树)算法。通过对机器人和障碍物进行模型简化,利用多种包围盒算法进行碰撞检测。详细阐述RRT、RRT*算法原理,并将人工势场法与RRT*算法结合形成APF-RRT*算法。通过仿真实验和实际测试,验证该算法在缩短路径长度、减少实验时间、降低路径节点数目及提高路径平滑度等方面的优势,为实现智能化装配提供有效解决方案。 展开更多
关键词 机器人 避障路径规划 apf-RRT*(人工势场-改进快速扩展随机树)算法 碰撞检测
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融合改进RRT–Connect与APF的路径规划算法
17
作者 赵卫东 刘立磊 吕红兵 《安徽工业大学学报(自然科学版)》 2025年第4期401-409,417,共10页
为提高无人驾驶车辆路径规划的实时性与安全性,提出一种融合改进双向快速扩展随机树(RRT–Connect)和人工势场(APF)的协同优化算法。首先采用动态步长策略,根据节点与障碍物间距自适应调整扩展步长,显著提高路径搜索效率;其次融合APF特... 为提高无人驾驶车辆路径规划的实时性与安全性,提出一种融合改进双向快速扩展随机树(RRT–Connect)和人工势场(APF)的协同优化算法。首先采用动态步长策略,根据节点与障碍物间距自适应调整扩展步长,显著提高路径搜索效率;其次融合APF特性,利用其引力分量引导随机树向目标点方向偏置采样以加快收敛速度,同时借助APF斥力分量实现障碍物规避以增强路径安全性;进而引入双向剪枝策略结合三次B样条曲线优化,有效缩短路径长度并提升轨迹平滑度;特别地,通过改进APF斥力函数增加目标点间距离分量,解决目标点不可达问题,又确保车辆在动态环境中能稳定抵达目标位置。为验证算法有效性,基于机器人操作系统(ROS)搭建仿真平台,在多种复杂障碍物场景下进行测试。结果表明:与基准RRT和RRT–Connect算法,本文提出的融合优化算法通过动态步长策略和采样函数改进,使路径节点数量分别减少约30%和12%,路径长度分别缩短约30%和13%,搜索时间分别降低约50%和3%;经双向剪枝策略和三次B样条曲线的联合优化处理,路径平滑度进一步提升、长度进一步缩短;改进后的斥力函数不仅有效解决了目标点不可达问题,同时提升了算法在动态复杂环境中的实时避障能力。 展开更多
关键词 RRT–Connect 人工势场法 动态步长 自适应采样 无人驾驶 实时避障 运动平滑 路径规划
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基于改进型APF算法的叉车产线AGV路径规划研究
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作者 孙崇昆 索超 +1 位作者 叶志祥 万周杰 《现代机械》 2025年第5期13-17,34,共6页
针对某叉车生产车间的静态环境下的背负式AGV小车进行路径规划研究,提出了一种改进型APF算法。该改进型APF算法通过改进引力模型,改进斥力模型,优化目标点难到达和AGV可能撞击较远目标点周边障碍物的缺陷,同时,再结合引入临时障碍物优... 针对某叉车生产车间的静态环境下的背负式AGV小车进行路径规划研究,提出了一种改进型APF算法。该改进型APF算法通过改进引力模型,改进斥力模型,优化目标点难到达和AGV可能撞击较远目标点周边障碍物的缺陷,同时,再结合引入临时障碍物优化局部极小值合力为0的缺陷。通过和主流APF算法进行对比仿真实验,实验结果验证了改进型APF算法能够快速、高效的规划出合理路径,并能够解决目标点难到达和AGV小车可能撞击较远目标点周边障碍物的问题,以及能够避免陷入局部极小值的陷阱区,最终顺利行驶至目标点。 展开更多
关键词 AGV 路径规划 人工势场算法 局部极小值
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基于新型APF-DDQN算法的AUV路径规划研究
19
作者 姚兆烨 黄创霞 《湖南文理学院学报(自然科学版)》 2025年第3期1-8,共8页
存在诸多未知的障碍物以及频繁洋流扰动的海洋环境使自主水下航行器(AUV)在航行过程中极易发生碰撞而导致任务的失败,提高路径规划算法的规划成功率是保证AUV安全航行的前提。本文通过将APF斥力场叠加原理嵌入双重深度Q网络(DDQN)算法框... 存在诸多未知的障碍物以及频繁洋流扰动的海洋环境使自主水下航行器(AUV)在航行过程中极易发生碰撞而导致任务的失败,提高路径规划算法的规划成功率是保证AUV安全航行的前提。本文通过将APF斥力场叠加原理嵌入双重深度Q网络(DDQN)算法框架,重构智能体状态空间表征方式,并创新性地设计基于相邻航迹点距离演变的动态奖励机制,提出一种改进型路径规划算法APF-DDQN。仿真实验表明,APF-DDQN算法有效避免了APF陷入局部最小值的问题,路径规划成功率达到了93.88%,相比于传统的APF算法提高了16.67%,并且所规划路径的长度更短。新型APF-DDQN算法为动态海洋环境下AUV路径规划与自主导航提供可靠解决方案。 展开更多
关键词 自主水下航行器(AUV) 路径规划 双重深度Q网络(DDQN) 人工势场(apf)
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基于改进APF-RRT^(*)算法的智能机器人路径规划研究
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作者 郭旭 贾超繁 +1 位作者 包长春 孙志诚 《黑龙江科学》 2025年第22期53-59,共7页
传统RRT^(*)算法在路径规划过程中常会生成不平滑且较长的路径或无法有效避开障碍物,影响路径的可行性与效率。提出一种改进的APF-RRT^(*)算法,在目标采样过程中引入斥力调节函数,根据采样点与障碍物距离及障碍物密度进行动态斥力调整,... 传统RRT^(*)算法在路径规划过程中常会生成不平滑且较长的路径或无法有效避开障碍物,影响路径的可行性与效率。提出一种改进的APF-RRT^(*)算法,在目标采样过程中引入斥力调节函数,根据采样点与障碍物距离及障碍物密度进行动态斥力调整,避免陷入局部最小值问题。引入自适应步长策略,根据小车与障碍物间的距离动态调整步长,以提高路径规划效率和精度。利用三次B样条插值方法平滑路径中的不规则转折,减少路径曲率,从而获得更加平滑、可操作性更强的路径,保留路径的避障性和目标导向性。分别在不同环境对改进算法进行仿真对比,结果表明改进的APF-RRT^(*)算法显著缩短了路径生成时间,减少了路径长度和迭代次数,有效改善了路径平滑性。 展开更多
关键词 路径规划 人工势场法 快速搜索随机树算法 自适应步长
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