OMPL库算法学习(1)RRT算法

RRT算法原理及改进方法介绍

简介

RRT 算法(快速扩展随机树,rapidly exploring random tree)是一种随机性算法,它可以直接应用于非完整约束系统的规划,不需进行路径转换,所以它的算法复杂度较小,尤为适用于高维多自由度的系统。
缺点是得到的路径质量不是很好。
其思想是快速扩张一群像树一样的路径以探索(填充)空间的大部分区域,伺机找到可行的路径。
RRT 的基本步骤是:
1. 起点作为一颗种子,从它开始生长枝丫;
2. 在机器人的“构型”空间中,生成一个随机点X;
3. 在树上找到距离X最近的那个点,记为Y吧;
4. 朝着X的方向生长,如果没有碰到障碍物就把生长后的树枝和端点添加到树上,返回 2;

 六维空间的RRT 

伪代码


function BuildRRT(qinit, K, Δq)
    T.init(qinit)
    for k = 1 to K
        qrand = Sample()  -- chooses a random configuration
        qnearest = Nearest(T, qrand) -- selects the node in the RRT tree that is closest to qrand
        if  Distance(qnearest, qgoal) < Threshold then
            return true
        qnew = Extend(qnearest, qrand,
### OMPL中的RRT算法实现与应用 #### RRT算法简介 快速扩展随机树(RRT, Rapidly-exploring Random Tree)是一种用于解决高维空间中路径规划问题的采样算法。它通过构建一棵从起始节点逐步向目标区域扩展的树来探索环境,适用于复杂的机器人运动规划场景[^1]。 #### OMPL中的RRT实现 OMPL是一个功能强大的开源运动规划,支持多种基于采样的路径规划算法,其中包括经典的RRT及其改进版本RRT*。以下是关于如何在OMPL中实现和使用RRT算法的关键点: 1. **状态空间定义** 需要首先定义机器人的操作空间。例如,在三维环境中,可以通过`ob::RealVectorStateSpace(3)`创建一个三维状态空间: ```cpp ob::StateSpacePtr space(new ob::RealVectorStateSpace(3)); ``` 此外,还需要设置边界条件以限定搜索范围[^4]。 2. **配置空间约束** 使用`setBounds()`函数指定状态空间的界限。例如: ```cpp ob::RealVectorBounds bounds(3); bounds.setLow(-10); // 设置下界 bounds.setHigh(10); // 设置上界 space->as<ob::RealVectorStateSpace>()->setBounds(bounds); ``` 3. **初始化规划器** 创建并配置RRT规划器实例。以下代码展示了如何将RRT绑定到特定的空间和问题实例: ```cpp og::SimpleSetup ss(space); ss.setStateValidityChecker(std::bind(&isStateValid, std::placeholders::_1)); ob::PlannerPtr planner(new og::RRT(ss.getSpaceInformation())); ss.setPlanner(planner); ``` 4. **设定起点与终点** 定义路径规划任务所需的初始状态和目标状态: ```cpp ob::ScopedState<> start(space), goal(space); start()[0] = startX; start()[1] = startY; start()[2] = startZ; goal()[0] = endX; goal()[1] = endY; goal()[2] = endZ; ss.setStartAndGoalStates(start, goal); ``` 5. **执行路径规划** 调用`solve()`方法运行RRT算法,并检查是否成功找到解决方案: ```cpp ob::PlannerStatus solved = ss.solve(5.0); // 尝试求解时间为5秒 if (solved) { ss.simplifySolution(); // 可选:简化路径 const ob::PathPtr &path = ss.getSolutionPath(); path->printAsMatrix(std::cout); // 输出路径矩阵形式 } ``` #### ROS中的RRT*算法实践 当结合ROS框架时,通常会利用MoveIt!插件调用OMPL的功能来进行更高级别的集成。具体来说,可以在ROS环境下编写C++节点或者Python脚本来加载预设好的规划请求数据结构,并将其传递给OMPL接口完成实际计算过程[^2]。 对于希望深入理解整个流程的学习者而言,《基于ROS的OMPLRRT*算法代码学习》提供了详细的案例分析,包括但不限于核心逻辑解析、参数调整技巧等方面的内容[^3]。 #### 总结 综上所述,借助OMPL能够高效便捷地部署各类先进路径规划技术至真实项目当中去;而针对不同应用场景需求,则可通过灵活修改相应组件属性达到最佳效果表现。
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