大家好,今天和各位分享一下机器人路径规划中的 RRT 算法,感兴趣的点个关注,文末有 python 代码,那我们开始吧。
1. 算法介绍
RRT 算法是由学者 S.M.LaValle 提出来的路径规划算法。该算法是将空间中的一个起始点当作根节点,在空间中利用增量方式进行随机采样,然后向外延伸扩展增加叶节点。重复该步骤直到获得一个从起点到目标点的树,最后回溯找到从根节点到目标点的无碰撞的路径。
快速搜索随机树(RRT)算法是一种增量式采样的搜索方法,将它应用于路径规划时不需要任何参数整定,也不需要事先对环境信息进行处理和存储,具有良好的适应性,适合解决复杂环境以及多种约束条件的路径规划问题。
算法优点:
(1)RRT 算法不需要启发式函数,可以在存在复杂障碍物的环境里快速规划出一条安全路径,且更适合实际应用,目前常被用于无人机的运动规划中。
(2)RRT 的快速迭代生长方式决定了其在高维非凸空间的搜索优势。
算法缺点:
(1)稳定性不佳,且内存消耗较大。扩展树生长方向随机,重复规划结果却有很大差异。
(2)随机性采样导致相对效率较低。由于快速扩展随机树有随机采样性,没有目标启发导向,因此在采样过程中有很多无效采样节点,致使效率相对变低。
(3)路径曲折冗余点较多,光滑性不佳。在 RRT 生成的路径中有许多无用的点,这些冗余点使得路径长度增多。
(4)无法在动态障碍物中有效检测路径,不适合于动态环境规划与避障。
2. 算法原理
传统 RRT 算法计算流程可分为两个阶段:
第一个阶段。在任务环境中,以算法初始点作为根节点,通过随机采样、逐步迭代地方式,向任务环境中进行扩展,形成一棵随机树,通过判定采样点是否包含目标点或在目标范围内,来判断是否完成随机树的构造,结束采样;
第二阶段。在随机树中从目标点依次往回遍历,直到寻回根节点,即可得到一条从初始点到目标点的有效路径。RRT的具体扩展方式如下图所示。
首先,以初始点 Pinit 作为随机树的