一、机器人路径规划算法?
路径规划其实分为两种情况,一个是已知地图的,一个是未知地图的。 对于已知地图的,路径规划就变成了一个全局优化问题,用神经网络、遗传算法有一些。 对于未知地图的,主要就靠模糊逻辑或者可变势场法。 对于未知环境能自己构建地图的,也就是各种方法的结合了。
二、路径规划五种算法?
路径规划的五种算法包括:
1. Dijkstra 算法:最短路径的解决方案,它可以在多源有向图上求出任意两点之间的最短路径。
2. A* 算法:一种启发式搜索算法,能够快速求出任意两点之间的最优路径。
3. AO* 算法:AO* 算法是A* 的一种变种,它是基于A* 算法的扩展,可以解决高级路径规划问题。
4. RRT 算法:随机路径规划算法,是一种数值解决方案,可以求出一条从起点到终点的连续路径。
5. PRM 算法:也称为“Probabilistic Roadmap”,它是一种路径规划的前沿技术,可以用来解决复杂空间中的路径规划问题。
三、动态路径规划算法?
现存动态路径规划算法大部分还是基于最短时间或者最短路径,不能达到较好的平衡效果;
(2)路径规划算法对信息的处理方式较单一,驾驶员不能进行个性化设置
四、机器人路径规划?
Online Generation of Safe Trajectories for Quadrotor UAV Flight in Cluttered Environments
介绍
文章强调无人机轨迹规划重点有三:
- 生成的轨迹必须平滑且符合无人机的动力学约束
- 整个轨迹,而不是轨迹上的某些点,需要保证是避障的
- 整个sensing, mapping, planning的过程必须是满足实时性要求的
文章的主要贡献在于使用minimum snap方法,通过构造带约束的优化问题保证无人机轨迹的动力学约束和平滑。通过使用高效的空间处理方法(基于八叉树地图)来生成飞行走廊,从而处理了无人机可通行区域的问题。并且这个方法是高效的,所以能够实时运行,地图也是在无人机飞行中逐步构建的。下图是最后的算法效果:能够在室外位置环境下进行自主导航和飞行。右侧图的绿色方框就是后面要讲的飞行走廊。
对于飞行走廊,1.2.1节介绍了已有的很多方案,但是都存在计算负荷过大的问题,作者提出了膨胀法形成多个长方体连接而成飞行走廊的思路。对比作者以前提出的方法(文章ref[12]),以及当时的state-of-the-art方案(文章ref[4]),都存在明显的优势。
如上图所示,蓝色的连续方框,是作者在ref[12]中提出的早些方案,明显飞行走廊的空间构造的更加保守,当前方法构造出的橘色方框空间更大,也就意味着飞机有更大的操作空间。而对比ref[4]的方法,也具有明显优势。[4]中,使用了先用RRT*采样出离散点,如图(c)所示,然后用QP的方法将这些点连接成光滑可行的曲线。由于优化问题只存在等式约束,也就是要曲线通过这些个提前固定好的点,所以可以使用闭式求解
的方法,一次性求解结果。这个在论文推土机:Minimum Snap Trajectory Generation and Control for Quadrotors以及提过了,但是很容易想到的问题就是,平滑后的曲线的点,除了通过这些固定点的地方保证安全,其他的位置是有可能存在碰撞风险的。
作者的做法是:做碰撞检测,发现碰撞点后新增加约束点,然后回来继续解优化问题,和上一个优化问题相比,会发生碰撞的位置由于增加了新的位置约束,则不会再发生碰撞了,但是这次优化问题由于约束发生了变化,不保证在别的地方是不是会再发生碰撞,所以有可能又会检测出新的碰撞点,所以需要一次一次不断进行迭代优化,最后到任何点都不发生碰撞为止,可是到底要进行多少次迭代才能够完成优化呢?这里要强调,我们无法证明通过有限次优化能够让所有点避障。这个部分的深入分析我们放到对ref[4]的解析中再讲,完成本文时还没写。最后文章给出算法框架:
基于八叉树的地图表示
这部分涉及地图,或许应该放在另一个专栏中?
飞行走廊的生成
这部分介绍飞行走廊的生成。飞行走廊的好处很明显:空间上的约束,可以直接去构建,但问题可能是非凸的,或者构造出非线性优化问题,这会影响计算的实时性。通过构建飞行走廊,将位置约束变成凸空间,这样施加在优化问题上,优化问题仍然是凸优化,能够通过高效的求解方法进行求解。 飞行走廊被定义成 ,它由一系列的空间组成 ,每个空间是一个长方体,所以空间有三个维度,每个维度被其上下界所约束: .飞行走廊的生成有两部分组成,首先进行初始化,然后进行后处理。
第一步,使用A*算法进行初始化(当然,完全可以使用考虑动力学约束的混合A*搜索算法)。空间地图使用八叉树地图进行构造,使用A*算法进行搜索,找到连接起点和终点的一系列grids. 这些grid是避障的,联通的。在3.1.3节,作者强调了最优性和效率之间的平衡。由于空间的稀疏性,再使用A*搜索过程中我们通过减小heuristic的估计来让A*算法更加贪心,但由于破坏了最优性原则,这很可能让A*算法搜索出来的结果不是全局最优,就如下图中的绿色方块所示。但是由于在第二步膨胀过程中,我们会膨胀绿色方块获得最优的飞行走廊,这也在一定程度上弥补了A*搜索结果不是全局最优的问题。因为与全局最优结果相近的次优搜索结果,通过第二步膨胀后,或许会几乎相同。
接下来第二步是膨胀:由上面A*搜索出来的结果作为初始化飞行走廊显然还没有完全利用到周围的free space
, 在这个飞行走廊附近依旧有很大的拓展空间,通过向各个方向进行膨胀,一直膨胀到碰到障碍物位置,以此获得更大的通行区域,如下如所示,蓝色方块是初始化的结果,绿色虚线方块是膨胀后的结果,右图中的橘色区域则是连续膨胀方块间的重叠区域,这也是接下来轨迹规划
的时候的空间位置约束,要求两个segments之间的切换点的位置必须被约束在这个重叠区域之内。
在Fig.1.2中也就是下图,我们可以明显的看到,重叠区域是非常大的,在进行轨迹规划时,我们只要求segment
之间的切换点被约束在重叠区域内即可,这其实是implicit time adjustment. 因为通过调节切换点的位置,也就起到了调节轨迹长度和轨迹形状的作用,从一定角度来讲就是在做time adjustment
的过程。原文的描述在3.2和3.3中。
这里是截图原文的描述:
基于样条曲线的轨迹生成
这部分介绍轨迹规划。这部分的轨迹生成
算法在ref[12]中首次提出(完成本文时对应论文解析还未完成,后续链接),在这里面针对时间分配问题有一些新思路,通过增加有限个新约束(在违反无人机动力学约束发生时),能够被证明整个曲线可以被完成约束在设定的动力学约束之内。这部分也是文章的核心部分,可以看下原文chapter4的截图:
我们跳过无人机的动力学分析,直接接受结论:四旋翼无人机具备微分平坦的特性,具体说来就是其状态和控制的输入能够被四个输出及其导数确定。这是我们能够运用基于minimum snap方法的前提条件。多段拼接的轨迹由以下表达式组成:
cost function为:
以上表达意为整条曲线又M 段 N阶多项式拼接而成,目标函数是整条曲线的某阶导数(minimum snap取jerk, 也就是3阶导数)。在这里,目标函数被构造成二次型:
其中,等式约束和不等式约束均可被写成线性函数。具体来说,约束包括动力学约束(速度,加速度,jerk等),位置约束,通过corridor constraints给出,也就是上面说到的飞行走廊,最后还有连续性约束,也就是连续两条曲线的切换点至少N-1阶连续,N是每条曲线的最高次。对于位置约束,上面已经说过,切换点的位置被约束在对应的方块的重叠区域之内:
但是,注意到这个约束只是保证了切换点的安全,并没保证其他时间点上的点是不是安全的,避免碰撞的。所以这里作者给出了一个新算法来保证整条曲线都是避障的,如下图所示:
- 首先进行一次优化求解,然后得出结果。
- 对每一段N阶曲线去查看它的N-1的极值点,来检查是不是在对应的飞行走廊的方块内。
- 如果出现violation,违反约束的情况,在那个违反约束的时间点上,新增位置约束,具体做法就是对这个位置的上下边界压缩
- 然后构造出新的优化问题继续求解,这里新的问题与老的优化问题的唯一区别是更新了约束。
新的约束为:
注意到,尽管这个loop内的极值点不一定是下一个loop的极值点,但是作者通过证明发现能够通过有限次的约束更新,将整条曲线限制在安全区域之内,这个和ref[4]中的处理碰撞问题的方法相比就有很大优势,毕竟后者是内有办法确保迭代能够在有限次约束更新内完成的。具体的theory部分见文章4.2.1节(Page.25).
进一步的,如果需要约束更高阶的导数,如速度,加速度,以及jerk等,也可以通过同样的方法进行约束,比如说还想约束速度,那么获得速度表达式后:速度的表达式是N-1阶,那么就有N-2个极值点,找到极值点是否符合动力学约束,如果不符合,用一样的方式,在极值点处施加新的约束,然后继续回去进行下一轮优化。
五、人工智能路径规划算法?
AI路径规划算法
Artificial Intelligence Path Finding Algorithms 推荐人工智能寻路算法,以最佳路径快速到达目的地。
课程地址:https://xueshu.fun/1501 演示地址:https://www.udemy.com/course/artificial-intelligence-path-finding-algorithms/
课程内容
你将学到什么
本课程包含以下主要内容:
- 深度优先算法 (DFS) 及其实现
- 广度优先算法 (BFS) 及其实现
- A*路径搜索算法及其实现
- 机器人和视频游戏中的人工智能
- 树遍历 (深度和宽度)
- 图遍历
本课程将介绍三种主要的人工智能算法,用于在网格、图形或树中寻找路径。我们将实施 DFS、BFS 和 A*搜索算法。此外,我们将以机器人问题为例,将这些算法应用于实际问题。虽然我们将以 Python 编程语言进行说明,但或许可以运用其他编程语言去实现,有利于各个开发者的运用。
要求
您将需要基本的编程知识,开课对于编程有基础的同学来说将非常有帮助。 如果您不具备这些技能,建议您通过参加编程速成课程来学习或者从头开始学习编程。在本课程中,我们将从头开始实现各种算法,这将使您可以轻松地使用其他编程语言实现它们。
描述
在本课程中,我们将发现并实施三种主要的人工智能算法,用于在网格、图形或树中寻找路径。我们将实施深度优先算法 (DFS)、广度优先算法 (BFS) 和 A*搜索算法。我们将使用机器人问题进行说明,以便更清楚地说明这些算法的实际应用。除了机器人之外,这些算法无处不在。您可以将它们应用于其他问题。
本课程主要面向希望将人工智能添加到项目中的学生、研究人员和开发人员,以及人工智能爱好者。在本课程中,我们将介绍制备人工智能的基础,并通过实践学习数据结构和算法。
涵盖的概念
通过本课程,您将涵盖以下主要概念:
- 深度优先算法 (DFS) 及其实现
- 广度优先算法 (BFS) 及其实现
- A*路径搜索算法及其实现
- 在机器人和视频游戏中使用人工智能
- 树遍历 (深度和宽度)
- 图遍历
不要再等待了,让我们一起进入人工智能的世界吧!
标签: 人工智能, Python, 数据结构, 算法
学术Funhttps://xueshu.fun/ 持续更新Udemy,Coursera等在线课堂上的视频教程,类别涵盖人工智能、机器学习、编程语言、游戏开发、网络安全、云计算、Linux运维、面试技巧等计算机学科的全部知识。
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六、三维环境中机器人路径规划是什么算法?
是A Star算法。算法搜索任务时,提取的有助于简化搜索过程的信息,被称为启发信息。启发信息经过文字提炼和公式化后,转变为启发函数,启发函数可以表示自起始顶点至目标顶点间的估算距离,。
七、AGV机器人路径规划实验步骤?
步骤:
1、对机器人的速度进行离散采样。
2、对于每个采样后的速度,用当前的位置信息去模拟一段时间后小车的速度
3、从向前的运动过程当中,评估每条运动的轨迹。使用不完整的度量,例如,接近障碍物,接近目标,接近全局规划的路径和速度。抛弃原有的存在问题的路径。
4、选择一条得分较高的路径,并且给底盘发布速度。
5、清除和重复。
DWA算法,就是说,当你需要障碍物的时候,给你画一个圆,然后让机器人按照这个圆走。
八、路径记忆算法?
1.选择自己熟悉的一条真实的路径,牢记它。
2.列出一个需要记忆的清单,我们以购物清单为例。
3.然后按照路径的顺序,讲清单上的东西一一与路径进行充满想象力的联系。例如:面巾纸和家里的大门口,可以想象家里的大门就是面巾纸做的。
4.想象结束后,开始检查自己的成果吧。绝对让你意想不到。
九、路径排序算法?
1 public class SelectSort {
2 public static int[] selectSort(int[] a) {
3 int n = a.length;
4 for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
5 int min = i;
6 for (int j = i + 1; j < n; j++) {
7 if(a[min] > a[j]) min = j;
8 }
9 //交换
10 int temp = a[i];
11 a[i] = a[min];
12 a[min] = temp;
13 }
14 return a;
15 }
16 }
性质:1、时间复杂度:O(n2) 2、空间复杂度:O(1) 3、非稳定排序 4、原地排序
十、常用的导航/路径规划软件都用到哪些算法?
现在很多智能软件已经可以实现路径自动优化,物流链云ROS系统采用了国际先进的智能优化算法,运算速度快,支持配送约束条件多,能有效实现 5%~20% 的物流配送成本节省的。
实现批量导入,一键优化,将传统人工1~2小时的配送计划编制时间缩减到5~10分钟,效率提升12倍。
优化结果满足所有系统约束条件,能有效提升配送时效满足率。
希望可以帮到你