基于改进RRT*FN算法的机械臂多场景运动规划

针对固定节点数的渐进最优快速扩展随机树(RRT*FN)算法精度低、对环境缺乏适应性等问题,提出了一种改进RRT*FN的机械臂运动规划算法。在迭代过程中,结合目标偏向随机采样和椭球子集采样的优势,构造新的启发式方法对采样区域进行约束,从而保证搜索路径更优。在扩展节点时,配置树中总节点数的预设值,并通过加权方法对树中叶子节点进行删减,避免了树规模的无限增长。在动态环境下,采用对节点剪枝与连接的启发式重规划方法,有效提高了对动态环境的适应能力。实验结果表明,该算法在规划过程中收敛速度更快,效率更高,具有较强的环境适应性。     

考虑动态倾覆稳定性的液压重载机械臂路径规划方法

针对液压重载机械臂的动态倾覆稳定性问题,提出了一种基于改进快速扩展随机树（Rapidly-exploring Random Tree,RRT）算法的路径规划方法。与只对危险工况的静态稳定性校核不同,该算法以机械臂运动过程中的动态倾覆稳定性最优为目标,在机械臂的关节空间内进行路径规划。以7个关节变量组成的七维数组作为采样点,结合正运动学与力矩法建立机械臂的动态倾覆稳定性计算模型,利用双采样点择优原则,选择其在对应位姿下抗倾覆稳定力矩最优的随机点作为采样点,以增强算法的启发性。在Matlab平台进行的仿真实验表明,改进RRT算法规划路径的倾覆裕度在3种典型工况下分别提升了37%、28%和38%,有效地改善了液压重载机械臂作业平台的抗倾覆稳定性。     

代价函数引导的机械臂运动规划算法

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。     

基于改进RRT结合B样条的机械臂运动规划方法

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。     

基于改进RRT算法的冗余机械臂路径规划研究

针对RRT算法在机械臂路径规划的过程中无方向性,在无障碍物处产生过多无用节点的问题,采用目标偏置、双向分段搜索的策略对RRT算法进行改进,提出了具有导向性的双向分段搜索的改进RRT算法并应用于七自由度冗余机械臂的路径规划上,通过Matlab进行了三维环境路径规划仿真实验,并通过ROS平台进行冗余机械臂在简单环境与狭窄环境的避障仿真实验。实验结果表明,改进的RRT算法能够有效地减少路径的节点数量与搜索时间,并提高路径规划的成功率。     

多窄路口下改进的bi-RRT路径规划

多窄路口的复杂环境路径规划中,快速扩展随机树(rapidly exploring random Trees,RRT)存在重复搜索和难以通过等缺点。提出改进的双向快速随机扩展树(bi-directional RRT,bi-RRT)的路径规划算法,在多路口来设置人工虚拟目标点,首先根据其连通域采用Dijsktra算法求出一组最短路径的虚拟目标点,再根据虚拟目标点构建采样区域,结合小车的非完整积分约束、环境约束和上述构建的采样区域,利用bi-RRT搜索可行路径。该算法解决了机器人在狭窄路口重复搜索的问题并提高全局搜索效率。通过仿真实验验证该算法的高效性、实时性和正确性。     

基于APF-RRT的双机械臂动态避障路径规划

针对传统人工势场法（Artificial potential field method,APF）在6自由度双机械臂系统避障路径规划中容易陷入局部极小值这一缺陷,提出了一种改进APF与改进快速扩展随机树算法（Rapidly-exploring random trees,RRT）相结合进行避障路径规划的方法。分析了双机械臂的工作空间,确认了双臂干涉的可能性。对于双机械臂的路径规划,利用改进后的APF对主机械臂进行路径规划,并将其作为从机械臂的动态障碍物,为从机械臂规划运动路径;利用改进后的RRT自适应地选择临时目标点,解决了从机械臂路径规划时陷入局部极小值的问题;利用改进的APF对从机械臂的剩余路径进行了规划。仿真分析表明,改进后的APF-RRT算法能比传统算法更加快速准确地解决双臂系统的避障路径规划问题。     

基于改进快速搜索随机树法的机械手路径优化

针对多关节机械手路径优化问题,提出一种改进快速搜索随机树(Rapidly-exploring randomtrees,RRT)优化算法.利用标准RRT算法规划初始可行路径,根据路径长度与路径安全性计算出该路径代价.在后期搜索树生长过程中,中间目标点并非随机采样,而是选择能使当前路径代价低于其之前路径代价的节点,同时对该节点进行距离检测,避免产生过于密集的节点集.为加快搜索树向未知区域的扩充速度,从最近节点向中间目标点扩充过程中,采用一种贪婪启发式扩充算法:节点以一定步长循环扩充,直至扩充到达目标节点或产生不连通节点.最后对6自由度检修机械手进行路径规划仿真试验,结果表明相对于标准RRT算法,规划路径的质量得到大幅提高.     

复杂结构条件下的装配路径求解与优化技术

针对复杂结构条件下的零部件装配路径自动求解困难的问题,提出基于障碍和贪心规则的快速扩展随机树(Rapidly-exploring random tree,RRT)算法。该算法以基本RRT算法为基础,采用随机采样、终点采样、局部采样相结合的采样方式,利用目标零件与障碍物的碰撞面片法向量和碰撞点位置来引导随机树的扩展方向,在每个扩展方向上按贪心规则进行扩展,并提出先平移后旋转的扩展策略。对求解得到的初始装配路径,提出运用分段线性拟合的方法进行路径自动优化。设计并开发了装配路径求解软件原型系统,进行了算例测试和实例应用,结果验证了算法的高效可行。     

基于人工势场引导的改进RRT机器人路径规划算法

针对随机扩展树收敛速度慢、效率低的缺点,提出以人工势场引导节点向目标点逼近,并与改进的转换测试结合实现树扩展的自适应调控。采用人工势场算法建立采样节点的价值函数,使得随机扩展树不断向低代价空间扩展,当陷入局部极小值时,对RRT算法的采样策略进行调节、自适应地寻找逃离路径,使搜索过程快速跳出局部极小值。仿真实验表明,人工势场引导随机树渐进目标点,并与转换测试结合,提高了算法的搜索效率。     

改进RRT算法的无人驾驶车辆路径规划研究

针对基础快速扩展随机树（Rapidly-exploring Random Trees,RRT）应用于无人驾驶车辆路径规划时缺乏导向性，收敛速度慢，路径平滑性差及规划结果并非最优解等问题，提出了一种基于RRT的路径规划改进算法。首先，设计了启发式采样策略：提出基于权重分配的目标指向的局部扩展方式，解决了节点盲目扩展的问题，避免了因目标偏向而出现路径陷入局部最小值的情况，并通过设置转角阈值约束节点转角范围，同时采用变步长采样策略，提高了算法局部避障能力；其次，对已得路径进行后处理：提出了节点优化策略，并用B样条曲线进行路径拟合，实现了路径长度的优化并满足平滑性要求，路径末端与目标点采用Reeds-Shepp曲线连接，解决了车辆抵达目标点时的航向问题。最后利用Matlab软件，将改进算法与基础RRT及其衍生算法进行了对比分析，验证了所提算法的有效性和优越性。     

基于改进快速扩展随机树算法的双机械臂协同避障规划方法

提出了一种基于改进RRT算法的双机械臂协同避障运动规划方法。针对静态障碍物对主臂进行避障运动规划,寻找主臂可行路径。将主臂每一时刻的运动位姿视为规划从臂运动时的动态障碍物,为从臂规划可行运动路径。为提高算法的搜索效率,利用节点剪枝择优和设置目标区域的方式使算法快速收敛。在MATLAB程序建模实验的基础上,在ADAMS中进行仿真实验,验证了该算法的有效性和可行性。     

一种IPRRT的机械臂三维路径避障算法

标准RRT(Rapidly exploring random tree)算法进行路径规划时,存在规划时间长、规划路径质量差的问题。针对以上问题,提出一种IPRRT算法（Improved RRT algorithm）,首先通过重选父节点环节策略剔除冗余路段,区域排斥机制剔除冗余节点,缩短规划路径与规划时间;其次采用线段转角限位与评估函数提升路径质量,最后采用三次Hermite曲线对路径进行平滑处理;通过对深海机械臂进行仿真实验,验证了IPRRT算法的有效性。     

优化改进RRT和人工势场法的路径规划算法

针对传统快速搜索随机数(RRT)算法在规划路径中随机性较大，搜索效率较低且规划的路径不利于机器人移动等缺点，从3个方向进行改进。首先，对于随机树扩展时随机性较大的问题，将传统的扩展方向加入改进人工势场法约束，使得随机树偏向目标点生长；其次，将改进RRT算法规划的路径进行关键点提取，并优化路径；最后，将优化后的路径按照关键点分段使用改进评价函数的动态窗口法。实验表明，优化改进RRT算法相较于传统A^*算法、传统RRT算法在路径长度、路径规划时间以及拐点等方面效果都更好，融合算法在复杂环境中规划出的路径能够很好地避开障碍物，路径更加平滑且更短。     

基于改进RRT算法的套管柔性针运动规划

运动规划是运动控制的基础,然而套管柔性针穿刺软组织的运动规划问题面临着巨大的挑战:一方面由于套管柔性针的运动是个非完整约束运动,另一方面要求套管柔性针绕过人体的某些生理结构障碍和敏感组织准确穿刺靶点。基于分析现有运动规划算法存在的不足,提出基于改进的快速探索随机树(RRT)的套管柔性针运动规划算法。提出贪婪启发策略并结合可达引导策略来改进传统RRT算法;引入直线段路径,采用直线、曲线结合的路径形式;同时考虑入射姿态的规划。基于套管柔性针的运动学模型,分别在二维和三维有障碍环境下进行仿真研究。结果表明,所提出的运动规划算法不论是在运算速度和收敛性上还是在路径形式和搜索的鲁棒性上都优于目前普遍采用的运动规划算法。这些优势为将来的实时运动规划奠定基础。最后对规划的路径进行了穿刺实验,结果证明实验路径与规划路径十分吻合,验证了所提出的路径规划算法的正确性和规划路径的可行性。     

一种新型蚁群随机树的机器人路径规划算法

为提高复杂环境下机器人的路径规划效率,提出了一种用蚁群算法来优化随机树算法的新的全局路径规划算法。该算法有效地结合了蚁群和随机树算法的优点,利用随机树算法的高效性快速收敛到一条可行路径,将该路径转换为蚁群的初始信息素分布,可以减少蚁群算法初期迭代; 然后利用蚁群算法的反馈性优化路径,求得最优路径。仿真实验表明,该蚁群随机树算法可以提高机器人路径规划的速度,并且在任何复杂环境下迅速规划出最优路径。     

多品种小批量快速智能焊接规划系统设计

针对多品种、小批量机械产品快速制造技术是目前制约个性化制造的瓶颈问题,提出将快速扩展随机树(RRT)算法用于焊接路径的规划设计,建立了复杂部件的快速焊接规划方法和适应于快速焊接的任务分配器。以移动焊件距离最小和焊接机械手臂从一点出发能最大限度地完成多条焊缝焊接作业为前提,建立了基于RRT算法的运动路径规划器,该规划器能在最短时间内规划出从焊缝焊接起点到焊缝焊接终点的最优无碰撞路径,其焊接任务分配速率和路径规划速率较传统的焊接方法提高5倍左右。     

基于改进RRT的核退役机器人避障方法

核退役机器人工作过程中,传统快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Tree, RRT)路径规划算法缺乏导向性,路径规划效率低,避障能力弱;为此,提出改进RRT路径规划算法,以提高作业效率和准确率。首先,引入目标偏置函数,并提出自适应步长,使RRT路径规划具有导向性,避免陷入局部最优;其次,采用启发式搜索思想,保留优于其父节点的随机搜索点为新节点;最后,修剪路径中的冗余节点,并采用贝塞尔曲线对路径进行平滑处理。在MATLAB平台上进行仿真,结果表明,改进RRT路径规划算法较传统RRT路径规划算法、RRT-connect路径规划算法效率更高,收敛性更强,可以很好地提高核退役机器人的避障能力。     

基于改进RRT*算法的机械臂路径规划研究

针对机械臂避障的难题,采用圆柱体包络法进行碰撞检测和RRT~*的改进算法进行路径搜索,规划出一条能够避免与已知障碍物碰撞,并且路径长度和规划时间较为优化的路径。RRT~*在原有RRT(快速随机树)基础上改进了父节点选择的方式,加入代价函数保证解的渐进最优性。在RRT~*基础上引入目标引力,减少路径搜索的随机性。同时,提出自适应步长避免陷入局部最优。在MATLAB平台上进行了RRT~*、RRT-connect及改进的RRT~*搜索算法的比较研究。结果表明,改进后的RRT~*算法在规划时间上和RRT-connect相近,在规划路径的长度上和RRT~*相近,同时具备时间和路径上的优势。以某品牌型号为WY700-1的机械臂进行了实验验证,结果表明,改进后的RRT~*搜索算法具备有效性和优越性。     

基于改进RRT算法的线缆自动布线技术

针对机电产品中线缆布局设计效率低、成本高的问题,提出一种基于障碍物与目标吸引的改进快速扩展随机树算法(Obs-GA RRT)的线缆自动布线方法。该方法以基本RRT算法为基础,提出标准扩展、基于障碍物碰撞面片法矢量方向扩展及基于历史与目标点吸引扩展相结合的扩展策略,并采用节点扩展概率准则及多步贪婪准则,自动求解出线缆的布局初始路径,并提出基于扩展碰撞信息的路径优化方法对求解得到的初始路径进行优化。设计并开发了三维线缆自动布线软件系统,进行了算例测试与实例应用,验证了算法的高效可行。