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
针对多自由度机械臂在采摘过程中出现的路径规划速度慢、路径成本高以及因视觉定位误差和机械臂关节位置误差引起的采摘失败问题,提出了结合视觉伺服的改进随机快速搜索树算法(Improved rapidly-exploring random trees with visual ser...针对多自由度机械臂在采摘过程中出现的路径规划速度慢、路径成本高以及因视觉定位误差和机械臂关节位置误差引起的采摘失败问题,提出了结合视觉伺服的改进随机快速搜索树算法(Improved rapidly-exploring random trees with visual servoing,VS-IRRT),具体包括改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服方法。改进的RRT算法通过使用基于超椭球引力偏置的采样方法和密度减小策略,增加树拓展的目的性,减小了树的采样密度,提高路径规划效率;引入贪心思想和B样条曲线,剔除多余节点,对剩下折线进行平滑处理,优化路径在机械臂上的实施效果;结合基于平移控制器的视觉伺服控制,减小了定位误差对采摘过程的影响。使用Matlab分别对改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服在二维和三维空间中进行仿真模拟试验,结果表明,改进的RRT算法的采样点数较RRT^(*)-connect算法减少92.9%,规划时间较RRT^(*)-connect算法减少86.1%,路径成本较RRT算法也减少35.2%。使用六自由度机械臂进行采摘试验,VS-IRRT算法的采摘速度比RRT^(*)-connect算法提升48.36%,路径成本相较RRT减少17.14%,采摘成功率提升2.1个百分点,所以在特定的采摘应用场景,尤其在农业采摘场景中,VS-IRRT算法能够提升机械臂采摘的综合性能。展开更多
针对建筑机器人在施工现场获取地图信息时间长且需要规划出一条全局的、能实时避障的路径等问题,该文提出了一种应用建筑信息模型(building information model,BIM)技术建立导航地图并进行路径规划的算法。根据BIM模型中的信息对传统RR...针对建筑机器人在施工现场获取地图信息时间长且需要规划出一条全局的、能实时避障的路径等问题,该文提出了一种应用建筑信息模型(building information model,BIM)技术建立导航地图并进行路径规划的算法。根据BIM模型中的信息对传统RRT算法进行优化改进,提出了IRRT(improved rapid-exploration random tree)算法。首先将原有的固定步长改为动态步长,通过判断与目标点的远近界定步长大小,避免了节点的盲目扩张;其次,对随机采样点的生成范围进行了约束,并设置一个同时考虑目标点和随机点的权重来解决传统RRT算法中新生成点仅由随机采样点单一决定的问题;算法陷入最小值时选取随机扰动策略进行逃脱;最后在全局路径的相邻节点间使用动态窗口法进行局部避障。实验仿真结果表明IRRT算法比传统RRT算法在搜索速度上快了3倍多,平均路径比改进前减少25.56%,平均节点减少8.92%,加入动态窗口法后有效提高了机器人实时避障能力,更适合多变的室内环境使用。展开更多
针对传统的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法收敛速度较慢、规划航迹曲折的缺点,提出基于启发式引导策略、动态步长策略、双层平滑度优化策略的综合改进RRT算法。利用概率对随机树的生长方向进行引导;采用动态步...针对传统的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法收敛速度较慢、规划航迹曲折的缺点,提出基于启发式引导策略、动态步长策略、双层平滑度优化策略的综合改进RRT算法。利用概率对随机树的生长方向进行引导;采用动态步长进行未知空间的搜索;通过双层平滑度优化策略进行规划航迹的平滑,规划出适合四旋翼无人机飞行的可行航迹。与其它改进方法进行仿真比较,实验结果表明,综合改进RRT算法规划的航迹更短且平滑度更好,已将其应用于四旋翼无人机两种类型的突发障碍的航迹规划中。展开更多
文摘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%。
文摘针对多自由度机械臂在采摘过程中出现的路径规划速度慢、路径成本高以及因视觉定位误差和机械臂关节位置误差引起的采摘失败问题,提出了结合视觉伺服的改进随机快速搜索树算法(Improved rapidly-exploring random trees with visual servoing,VS-IRRT),具体包括改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服方法。改进的RRT算法通过使用基于超椭球引力偏置的采样方法和密度减小策略,增加树拓展的目的性,减小了树的采样密度,提高路径规划效率;引入贪心思想和B样条曲线,剔除多余节点,对剩下折线进行平滑处理,优化路径在机械臂上的实施效果;结合基于平移控制器的视觉伺服控制,减小了定位误差对采摘过程的影响。使用Matlab分别对改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服在二维和三维空间中进行仿真模拟试验,结果表明,改进的RRT算法的采样点数较RRT^(*)-connect算法减少92.9%,规划时间较RRT^(*)-connect算法减少86.1%,路径成本较RRT算法也减少35.2%。使用六自由度机械臂进行采摘试验,VS-IRRT算法的采摘速度比RRT^(*)-connect算法提升48.36%,路径成本相较RRT减少17.14%,采摘成功率提升2.1个百分点,所以在特定的采摘应用场景,尤其在农业采摘场景中,VS-IRRT算法能够提升机械臂采摘的综合性能。
文摘针对建筑机器人在施工现场获取地图信息时间长且需要规划出一条全局的、能实时避障的路径等问题,该文提出了一种应用建筑信息模型(building information model,BIM)技术建立导航地图并进行路径规划的算法。根据BIM模型中的信息对传统RRT算法进行优化改进,提出了IRRT(improved rapid-exploration random tree)算法。首先将原有的固定步长改为动态步长,通过判断与目标点的远近界定步长大小,避免了节点的盲目扩张;其次,对随机采样点的生成范围进行了约束,并设置一个同时考虑目标点和随机点的权重来解决传统RRT算法中新生成点仅由随机采样点单一决定的问题;算法陷入最小值时选取随机扰动策略进行逃脱;最后在全局路径的相邻节点间使用动态窗口法进行局部避障。实验仿真结果表明IRRT算法比传统RRT算法在搜索速度上快了3倍多,平均路径比改进前减少25.56%,平均节点减少8.92%,加入动态窗口法后有效提高了机器人实时避障能力,更适合多变的室内环境使用。
文摘针对传统的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法收敛速度较慢、规划航迹曲折的缺点,提出基于启发式引导策略、动态步长策略、双层平滑度优化策略的综合改进RRT算法。利用概率对随机树的生长方向进行引导;采用动态步长进行未知空间的搜索;通过双层平滑度优化策略进行规划航迹的平滑,规划出适合四旋翼无人机飞行的可行航迹。与其它改进方法进行仿真比较,实验结果表明,综合改进RRT算法规划的航迹更短且平滑度更好,已将其应用于四旋翼无人机两种类型的突发障碍的航迹规划中。
