
运动规划算法项目实战
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本博客专栏将介绍一系列机器人运动规划算法项目实战,以及如何在Gazebo仿真环境下进行实验验证。我将提供 完整且可运行的代码,并对规划算法的实现原理进行详细解析,以帮助读者深入理解运动规划算法的工作原理和应用场景。同时,我还会分享一些自己在机器人领域的经验和心得,希望能够对大家有所帮助。
Travis.X
从事机器人、自动驾驶行业的研发工程师,不定期分享机器人、自动驾驶相关内容,感谢关注!
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【运动规划算法项目实战】专栏介绍
本博客专栏将介绍一系列机器人运动规划算法项目实战,以及如何在Gazebo仿真环境下进行实验验证。我们将提供可运行的代码和详细的算法解析,以帮助读者更好地理解和应用这些算法。通过本专栏的学习,读者将深入了解机器人运动规划算法的原理和实现,以及如何在仿真环境下进行验证和调试。无论是对机器人运动规划算法感兴趣的学生、研究者,还是希望在工业和服务机器人领域应用这些算法的工程师和开发者,都能从本专栏中受益。原创 2023-05-10 12:58:46 · 10146 阅读 · 1 评论 -
【运动规划算法项目实战】全覆盖分区算法
全覆盖规划在机器人学领域具有重要意义,其应用场景涵盖了自动农场、扫地机器人、扫描监视无人机等多个领域。该问题的核心目标是使机器人能够从指定起点出发,规划一条避开障碍物、同时路径尽可能短的轨迹,从而实现对特定区域的全面覆盖。在实际应用中,全覆盖规划的成功实现对于提高机器人在各类环境中的工作效率至关重要。这一问题的解决涉及到高效的路径规划和规划区域分解技术。其中,梯形单元分解算法是一种常用分区的技术,过将地图上需要规划的区域进行分区,采用梯形分解的方式,可以更好地应对复杂环境。全覆盖算法规划流程。原创 2024-02-26 23:42:54 · 5480 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】Artificial Potential Field算法(附ROS C++代码)
在机器人行业中,路径规划是一个关键的任务,它涉及到如何让机器人在复杂的环境中安全而高效地移动。人工势场算法(Artificial Potential Field Algorithm)是一种常用的路径规划方法,它借鉴了物理学中的势能概念,通过模拟力的作用来引导机器人的移动。本文将详细介绍人工势场算法的原理、在路径规划中的应用、算法优缺点以及代码实现。人工势场算法基于两种势场:斥力场和引力场。斥力场使机器人远离障碍物,而引力场将机器人吸引到目标位置。原创 2023-09-26 19:33:45 · 11805 阅读 · 1 评论 -
【运动规划算法项目实战】Dynamic Window Approach算法(附ROS C++代码)
在机器人行业中,路径规划是一个关键的任务,它使得机器人能够在复杂的环境中自主导航。动态窗口方法(Dynamic Window Approach,DWA)算法是一种常用的路径规划算法之一,它允许机器人实时地根据环境和自身动力学限制进行路径的生成和评估。本文将详细介绍DWA算法的原理、在机器人路径规划中的应用、算法优缺点以及代码的实现。机器人路径规划中,目标是找到一条安全且高效的路径,使机器人能够从起始点到达目标点。DWA算法通过考虑机器人的动力学限制以及环境中的障碍物,以实现自主导航的能力。原创 2023-09-26 19:32:56 · 11287 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】TABV代码解析(五):plan_manage
在这系列文章中,我们将对TABV导航框架的代码进行详细解析。该框架是一种地空双模式车辆的自主自适应导航(Terrestrial-Aerial Bimodal Vehicles,TABV)框架。通过结合空中车辆的高机动性和地面车辆的长续航能力,该框架实现了车辆的完全自主性。通过深入分析代码,我们将深入了解该框架的工作原理和关键算法,以及如何实现车辆的导航功能。这将有助于我们更好地理解和应用TABV导航框架,为地空双模式车辆的开发和研究提供有力支持。源码请参考。原创 2023-07-25 10:21:07 · 14751 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】TABV代码解析(四):plan_env
在这系列文章中,我们将对TABV导航框架的代码进行详细解析。该框架是一种地空双模式车辆的自主自适应导航(Terrestrial-Aerial Bimodal Vehicles,TABV)框架。通过结合空中车辆的高机动性和地面车辆的长续航能力,该框架实现了车辆的完全自主性。通过深入分析代码,我们将深入了解该框架的工作原理和关键算法,以及如何实现车辆的导航功能。这将有助于我们更好地理解和应用TABV导航框架,为地空双模式车辆的开发和研究提供有力支持。源码请参考。原创 2023-07-25 10:20:30 · 14568 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】TABV代码解析(三):path_searching
在这系列文章中,我们将对TABV导航框架的代码进行详细解析。该框架是一种地空双模式车辆的自主自适应导航(Terrestrial-Aerial Bimodal Vehicles,TABV)框架。通过结合空中车辆的高机动性和地面车辆的长续航能力,该框架实现了车辆的完全自主性。通过深入分析代码,我们将深入了解该框架的工作原理和关键算法,以及如何实现车辆的导航功能。这将有助于我们更好地理解和应用TABV导航框架,为地空双模式车辆的开发和研究提供有力支持。源码请参考。原创 2023-07-25 10:19:35 · 14603 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】TABV代码解析(二):bspline_opt
在这系列文章中,我们将对TABV导航框架的代码进行详细解析。该框架是一种地空双模式车辆的自主自适应导航(Terrestrial-Aerial Bimodal Vehicles,TABV)框架。通过结合空中车辆的高机动性和地面车辆的长续航能力,该框架实现了车辆的完全自主性。通过深入分析代码,我们将深入了解该框架的工作原理和关键算法,以及如何实现车辆的导航功能。这将有助于我们更好地理解和应用TABV导航框架,为地空双模式车辆的开发和研究提供有力支持。源码请参考。plan_env:在线建图算法。原创 2023-07-25 10:18:52 · 14524 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】TABV代码解析(一):bspline
在这系列文章中,我们将对TABV导航框架的代码进行详细解析。该框架是一种地空双模式车辆的自主自适应导航(Terrestrial-Aerial Bimodal Vehicles,TABV)框架。通过结合空中车辆的高机动性和地面车辆的长续航能力,该框架实现了车辆的完全自主性。通过深入分析代码,我们将深入了解该框架的工作原理和关键算法,以及如何实现车辆的导航功能。这将有助于我们更好地理解和应用TABV导航框架,为地空双模式车辆的开发和研究提供有力支持。源原创 2023-07-25 10:17:54 · 14974 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何构建欧几里德符号距离场(附ROS C++代码)
欧几里德符号距离场(Euclidean Signed Distance Field,ESDF)是机器人感知和路径规划中的关键数据结构之一。它能够提供环境中每个点到最近障碍物的距离,并且能够表示距离的方向(内部或外部)。ESDF在自动驾驶、机器人导航以及避障等应用中具有重要的作用。本文将介绍ESDF的构建过程和关键步骤,帮助读者深入了解ESDF的原理与实现。欧几里德符号距离场(ESDF)是机器人路径规划中不可或缺的概念和工具。构建ESDF的关键步骤包括环境建模、距离场计算和ESDF的更新。原创 2023-06-25 07:00:00 · 18802 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】基于采样的路径搜索算法(附ROS C++代码)
路径规划是机器人和自动驾驶等领域中的核心问题之一。通过选择合适的路径,机器人能够安全高效地从起点到达目标点。其中,基于采样的路径规划算法是一种常用且有效的方法。本文将重点介绍Probabilistic Roadmap(PRM)和Rapidly-exploring Random Tree(RRT)两种基于采样的路径规划算法。我们将深入探讨它们的原理、优缺点、代码实现,以帮助你了解它们在路径规划中的应用和优势。原创 2023-06-15 18:40:32 · 19195 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】基于梯度的轨迹优化算法GTOP(附ROS C++代码)
在机器人轨迹规划领域,寻找一条安全、平滑且动力学可行的轨迹是一项重要的任务。GTOP(Gradient-Based Trajectory Optimizer)是一种基于梯度的在线轨迹优化框架,它通过最小化碰撞代价、平滑性和动力学可行性的惩罚来解决路径规划问题。本文将介绍如何使用GTOP进行轨迹优化,帮助读者了解该算法的原理和使用方法。GTOP的论文可以参考。轨迹优化问题可以分为基于硬约束和软约束的两种类型。在我的之前的文章[运动规划算法]基于硬约束和软约束的轨迹规划中有详细介绍。原创 2023-06-07 23:39:08 · 14979 阅读 · 6 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何使用MPC算法进行路径跟踪(附ROS C++代码)
自动驾驶和机器人领域中,路径跟踪是一项关键技术,它使车辆或机器人能够沿着预定轨迹行驶或移动。传统的控制方法往往难以应对复杂的动态环境和非线性特性,而模型预测控制(Model Predictive Control,简称MPC)作为一种先进的控制方法,具有良好的适应性和鲁棒性。本文将介绍MPC算法的原理和流程,并提供代码实现,帮助读者理解和应用MPC技术进行路径跟踪。原创 2023-05-24 00:11:34 · 12151 阅读 · 2 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何使用Pure Pursuit算法进行路径跟踪(附ROS C++代码)
在自动驾驶和机器人导航领域,路径跟踪是一项关键技术,它使车辆或机器人能够按照预定的路径规划进行移动。路径跟踪算法的选择对于系统性能和安全性至关重要。本文将介绍一种常用且有效的路径跟踪算法——Pure Pursuit算法。我们将详细讨论Pure Pursuit算法的原理、实现步骤以及如何在自动驾驶和机器人系统中应用该算法进行路径跟踪。Pure Pursuit是一种用于路径跟踪的控制算法。它通过计算角速度控制机器人从当前位置移到机器人前方的某个预瞄点。假定线速度是恒定的,当然可以随意更改机器人的线速度。原创 2023-05-21 01:14:43 · 11031 阅读 · 1 评论 -
【运动规划算法项目实战】Fast-Tracker代码分析
Fast-Tracker是浙江大学空中机器人实验室提出的一种系统化的解决方案,它可以无人飞行器 (UAV) 在混乱复杂的环境中自主安全地跟踪目标。目标运动预测和轨迹跟踪规划。目标运动预测:利用目标历史的观测值信息,在考虑目标动态约束的情况下预测目标的未来运动轨迹。轨迹跟踪规划器:传统的规划结构。前端采用考虑运动学的搜索方法,通过启发式的方法搜索出一条安全的跟踪轨迹。后端优化器将其优化为时空最优且无碰撞的轨迹。Fast-tracker整体流程总结。第一步:目标的运动预测。原创 2021-06-26 19:07:06 · 4744 阅读 · 3 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何生成运动物体的预测轨迹(附ROS C++代码)
自动驾驶、机器人行业中,准确预测运动物体的轨迹是实现高级感知、路径规划和决策的关键技术之一。通过预测其他车辆、行人或障碍物的未来运动,自动驾驶系统能够做出更准确的决策并规划出更安全高效的路径。在机器人领域,预测运动物体的轨迹对于协作操作、避障和人机交互等任务同样至关重要。本文将探讨运动物体预测轨迹生成的方法和技术,介绍其中一种开源项目Fast-Tracker,并展示如何使用Turtlebot3平台实现预测轨迹的生成。我们将重点关注预测轨迹的原理和实现,以及该技术在自动驾驶和机器人行业中的应用前景。原创 2023-05-18 19:51:36 · 9144 阅读 · 1 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何使用Apollo Math模块实现碰撞检测(附ROS C++代码)
在自动驾驶和机器人算法领域,碰撞检测是一项至关重要的任务。为了确保车辆或机器人能够安全地避免与障碍物发生碰撞,开发者需要使用高效准确的碰撞检测方法。Apollo开源平台的Math模块提供了强大的数学函数和工具,为碰撞检测提供了便捷的解决方案。在接下来的文章中,我们将详细介绍如何使用Apollo Math模块来实现AABB碰撞检测和SAT碰撞检测。我们将探索Math模块中提供的函数和工具,并结合实例演示其在自动驾驶和机器人算法中的应用。原创 2023-05-16 19:21:25 · 8821 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何实现Dubins曲线和Reeds-Shepp曲线(附ROS C++代码)
Dubins曲线和Reeds-Shepp曲线在机器人、自动驾驶行业中是非常重要的路径规划算法,它们能够有效地在不同的场景中生成最短路径,并且保证路径的可行性和安全性。本文将详细介绍Dubins曲线和Reeds-Shepp曲线的基本概念、算法实现、以及在机器人和自动驾驶领域的应用。Dubins曲线是一种连接两个点的最短路径,这条路径是由一系列的线段和弧线组成,其中弧线的半径是固定的。Dubins曲线是在1957年由美国工程师L.J. Dubins提出的,因此得名。Dubins曲线的特点是可以保证从一个点到另一原创 2023-05-10 13:55:19 · 8303 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何利用AABB作碰撞检测(附ROS C++代码)
AABB碰撞检测是一种基于包围盒的简单、快速和有效的碰撞检测方法,被广泛应用于各种计算机图形学和物理仿真系统中。其基本思想是将物体或场景中的复杂几何形状简化为简单的矩形包围盒,然后判断两个包围盒之间是否存在重叠,以确定它们是否碰撞。AABB碰撞检测之所以受到广泛关注,是因为它既可以快速检测复杂物体之间的碰撞,又可以减少计算量和内存占用,适用于实时应用和大规模场景。AABB包围盒是一种简单、轴对齐和矩形的几何形状,通常由一个最小点和一个最大点确定。原创 2023-05-09 23:56:03 · 5635 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何使用分离轴定理算法实现碰撞检测(附ROS C++代码)
在自动驾驶和机器人领域中,安全性和性能都是至关重要的。随着自动驾驶和机器人应用越来越广泛,对于它们与周围环境和其他物体之间的位置和相互作用的计算,碰撞检测变得愈发重要。如果机器人或车辆与其他物体重叠在一起,那么就可能发生碰撞,这会对机器人和车辆以及周围的人造成伤害。因此,开发一种可靠的碰撞检测算法是必不可少的。分离轴定理(Separating Axis Theorem,简称SAT)是一种常用的碰撞检测算法,可以用于检测任何形状的物体之间的碰撞。原创 2023-05-09 12:44:57 · 5468 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何实现三次样条插值(附ROS C++代码)
三次样条插值是一种广泛应用于数据拟合和插值的方法。它通过使用三次多项式在给定的一组数据点之间进行插值,以实现平滑的拟合效果。三次样条插值的优点是可以平滑地拟合给定的数据点,而不会产生震荡或振荡现象。三次样条插值是机器人路径规划中常用的一种插值方法。在机器人运动规划中,路径通常是由多个路径点组成的。路径点之间的连接需要一个平滑的轨迹,以便机器人能够流畅地移动。三次样条插值可以用于在路径点之间生成连续的轨迹。原创 2023-05-07 17:36:58 · 6270 阅读 · 1 评论 -
【运动规划算法项目实战】八叉树地图(附ROS C++代码)
八叉树地图(Octomap)是一种使用八叉树数据结构来表示三维空间物体和环境信息的开源软件,可以高效地处理和存储传感器数据,并生成高分辨率的三维地图。在机器人领域中,Octomap在ROS中被广泛应用于感知、路径规划和导航等任务中。本文将介绍Octomap的基本原理、优点和缺点、应用场景以及使用方法,以帮助读者更好地了解和应用这一技术。八叉树地图(Octomap)是一种基于八叉树数据结构实现的三维地图,主要用于机器人感知、路径规划和环境建模等领域。原创 2023-05-06 14:57:54 · 6929 阅读 · 2 评论 -
【运动规划算法项目实战】Voronoi图
Voronoi图,也称为Dirichlet图,是计算几何学和图形计算中的一个重要概念。它是根据一组点将空间分割成一些区域的方法,其中每个区域都包含一个最近的点。这个概念可以应用于许多领域,如机器人路径规划、计算机视觉、地图制作等等。本文将介绍Voronoi图的概念、性质和应用,并对如何实现Voronoi图进行讨论。Voronoi图由俄罗斯数学家Georgy Voronoi于1908年首次提出。它是指一组离散点集的Voronoi图是由所有距离最近的离散点集中的点组成的连续区域的图形表示。原创 2023-04-29 19:55:36 · 4395 阅读 · 2 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何在栅格地图中实现Dijkstra算法(附ROS C++代码)
Dijkstra算法是一种用于图中单源最短路径的贪心算法。在计算机科学和网络设计中广泛应用。该算法从起点开始,通过优先选择距离起点最近的未标记节点来逐步扩展最短路径树。它最终确定到所有节点的最短路径。算法的基本思想是从起始节点开始,计算出所有其他节点到该节点的最短距离,并将该节点加入最短路径树中。然后重复这个过程,直到所有节点都在最短路径树中。Dijkstra算法是一种广泛应用于图论中的贪心算法,用于寻找一个节点到其他所有节点的最短路径。原创 2023-04-29 19:33:09 · 3847 阅读 · 1 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何实现机器人多目标点导航(附ROS C++代码)
在ROS机器人应用中,实现机器人多目标点导航是非常常见的需求。本文将介绍如何使用ROS和actionlib来实现机器人的多目标点导航,目标点信息将被记录在YAML文件中。我们可以通过使用MoveBaseAction来实现机器人的导航功能。MoveBaseAction是一个ROS中的action类型,它提供了控制机器人到达目标点的API。它可以接收由ROS节点发布的目标点,并为机器人提供适当的控制以达到目标点。在本文中,我们将使用actionlib库来实现MoveBaseAction的客户端。原创 2023-04-28 16:44:11 · 4072 阅读 · 5 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何实现简单的状态机(附ROS C++代码)
在机器人算法中,状态机和行为树是常用的两种设计模式。它们能够帮助机器人在复杂的环境中更好地执行任务。在本篇博客中,我将向大家介绍状态机和行为树的基本概念、原理和使用方法,希望能够帮助各位机器人开发者更好地理解和应用它们。状态机是一种表示机器人状态转移的形式化模型,它由一组状态和一组转移函数组成。在机器人中,状态可以表示机器人的状态,例如运动状态、感知状态、控制状态等。转移函数则表示机器人在不同状态之间的转移,可以是手动定义的,也可以是根据规则自动产生的。状态机可以分为有限状态机和无限状态机两种。原创 2023-04-28 16:08:35 · 2114 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何在栅格地图中实现A*算法(附ROS C++代码)
在机器人的路径规划中,栅格地图常常被用于描述环境的空间布局。A*算法是一种基于栅格地图的搜索算法,用于寻找两个点之间最短路径。在栅格地图中,环境被划分成一系列的方格,每个方格表示环境中的一个离散区域。这种表示方法可以方便的计算两点之间的距离,同时也便于搜索算法的实现。在ROS中,栅格地图通常使用nav_msgs/OccupancyGrid数据类型来表示。该数据类型包含了地图的元信息(如分辨率、地图大小等)以及每个栅格的占用状态信息。header:包含标准的ROS消息头,如时间戳、坐标系等。原创 2023-04-24 15:33:11 · 2169 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】如何加载csv文件的路径信息(附ROS C++代码)
在运动规划算法项目中,路径规划是非常重要的一环。在实际应用中,我们通常需要将预先规划好的路径以某种方式加载到程序中进行后续处理和运动控制。而CSV文件作为一种常见的数据交换格式,也被广泛用于存储路径信息。因此,学会如何加载CSV文件中的路径信息将是非常有帮助的。在ROS中,我们可以使用C++和Python等多种编程语言来加载CSV文件。其中,C++作为ROS的主要开发语言,具有良好的性能和稳定性,更适合在实际应用中使用。下面我们将以C++为例,介绍如何加载CSV文件中的路径信息。原创 2023-04-20 17:43:33 · 1350 阅读 · 0 评论 -
【运动规划算法项目实战】路径规划中常用的抽稀算法(附ROS C++代码)
抽稀(Simplification)算法是指在保持数据尽可能不失真的前提下,对数据进行精简处理,减少数据的数量,便于数据的存储和处理。路径规划中,抽稀算法的作用是将原始路径中的冗余点去除,从而减小路径点的数量,降低计算量和存储量,同时保留路径的形状特征和轨迹信息,确保路径规划的精度和实时性。常见的抽稀算法有 Douglas-Peucker算法和垂距限值法。原创 2023-04-20 08:00:20 · 3313 阅读 · 2 评论 -
【运动规划算法项目实战】路径规划中常用的插值方法(附ROS C++代码)
常见用于处理路径平滑的插值算法主要包括线性插值、三次样条插值、B样条插值和贝塞尔曲线插值等,下面分别介绍它们的优缺点和使用场景。不同的插值算法具有不同的优缺点,适用于不同的路径规划场景。例如,线性插值适用于直线路径规划;三次样条插值适用于需要较高路径平滑度的场景,如机器人运动;B样条和Bezier曲线插值适用于需要局部调整路径形状的场景,如避障等。原创 2023-04-19 17:39:10 · 2644 阅读 · 1 评论