从零开始的OMPL库算法学习(4)RRT*算法

RRT*算法是在RRT基础上的优化,通过增加选择父节点和重布线过程,实现路径优化。它不仅找到可行路径,还确保路径相对最优。

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从零开始的OMPL库算法学习(4)RRT*算法

简介

RRT* 和RRTconnect一样,是对RRT算法的优化。RRT算法的一个问题在于,它只是找到了可行的路径,不能保证路径是相对优化的。RRT*算法在每次迭代后都会在局部更新搜索树,以优化路径。
它多了两个过程,为:
1.重新为 Xnew 选择父节点的过程, 比起RRT多了一个rewire的过程。
2.重布线随机树的过程
重新选择父节点过程

RRT*重选父节点过程

在这里插入图片描述
在新产生的节点 Xnew 附近以定义的半径范围内寻找“近邻”,作为替换Xnew 父节点的备选。依次计算“近邻”节点到起点的路径代价加上Xnew到每个“近邻”的路径代价,具体过程见图3。

RRT*重布线随机树过程

在这里插入图片描述
在为Xnew 重新选择父节点之后,为进一步使得随机树节点间连接的代价尽量小,为随机树进行重新布线。过程示意如图4重布线的过程也可以被表述成:如果近邻节点的父节点改为 Xnew可以减小路径代价,则进行更改。

其实很好理解,第一步为Xnew选择新的父节点,第二步为Xnew选择新的子节点,从而达到优化的效果。

伪代码

在这里插入图片描述
即多了chooseparent和rewire两个过程。

### OMPLRRT算法在UR5机械臂上的应用 #### 背景介绍 OMPL (Open Motion Planning Library) 是一个用于运动规划的强大工具包,支持多种路径规划算法,其中包括经典的 RRT (Rapidly-exploring Random Tree)[^1]。对于 UR5 这样的六自由度工业机器人,在 ROS 和 MoveIt! 的环境中集成 OMPL 提供的 RRT 算法可以实现高效的轨迹规划。 为了实现在 UR5 上的应用,通常需要完成以下几个方面的配置: --- #### 1. 安装与环境搭建 在 Ubuntu 18.04 和 ROS Melodic 下,可以通过源码方式安装 MoveIt! 并集成 OMPL 。具体步骤如下: - 使用官方文档指导完成 MoveIt! 源码编译[^3]。 - 在 `moveit_ws/src/moveit/moveit_planners/ompl` 中找到 OMPL 接口目录,并确认其已正确链接到 OMPL 。 - 如果需要扩展功能(如自定义规划器),可以在 `planning_context_manager.cpp` 文件中引入特定头文件并注册新的规划器类[^2]。 --- #### 2. 配置 MoveIt! 插件 MoveIt! 支持通过插件机制加载不同的规划算法。要启用 OMPLRRT 变体(例如 RRTConnect 或 RRTStar),需修改 MoveIt! 配置文件: - 打开 `config/ompl_planning.yaml` 文件,设置目标空间维度和采样策略。 - 添加或调整参数以优化性能,例如最大尝试次数 (`max_time`) 和分辨率 (`goal_bias`)。 以下是 YAML 文件的一个典型片段: ```yaml default_workspace_bounds: 10.0 default_planner_config: RRTConnect projection_evaluator: joints(joint_1,joint_2,joint_3) longest_valid_segment_fraction: 0.005 ``` --- #### 3. 编写自定义规划逻辑 如果默认的 RRT 类型无法满足需求,则可通过继承 OMPL 的几何规划基类来开发定制化解决方案。例如,创建一个新的 C++ 头文件和实现文件,其中包含以下核心部分: - 初始化随机树节点; - 利用碰撞检测服务验证候选路径的安全性; - 输出最终解作为关节角度序列。 下面是一个简单的代码框架示例: ```cpp #include <ompl/geometric/planners/rrt/RRTConnect.h> #include <moveit/ompl_interface/model_based_planning_context.h> namespace ompl { namespace geometric { class CustomRRT : public RRTConnect { // 自定义方法重载... }; } } ``` 随后将此类注册至 MoveIt! 规划上下文中以便调用。 --- #### 4. 测试与调试 启动 Gazebo 或 RViz 来模拟实际场景下的行为表现。确保所有依赖项均已正确加载,并观察终端日志输出是否有错误提示。此外还可以借助 rqt_reconfigure 动态调节某些实时参数从而获得更优效果。 --- ### 总结 综上所述,利用 OMPL 中的 RRT 系列算法能够有效解决复杂工作空间内的避障问题。针对 UR5 型号而言,只需按照上述指南逐步操作即可快速构建一套完整的自动化流水线控制系统[^1]。
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