基于改进人工势场法的RRT^*无人船路径规划算法

摘要

为了使RRT*能够更好地适应不同复杂程度的环境，并快速生成一条平滑的较优路径，本文在RRT*算法的基础上引入人工势场法，设计了基于改进人工势场法的RRT*算法。首先，对全局地图进行划分，并进行分区偏置采样；然后，改进节点拓展方式，引入障碍物大小因子来改进斥力势场函数，引导新节点的生成；同时，引入自适应变步长策略，根据距离障碍物的远近，以不同的步长拓展路径点。为了使规划路径更符合无人船的航行特性，采用三次非均匀B样条对改进算法生成的路径进行了平滑处理。为了验证本文改进算法的优势，通过设计特殊障碍物环境、简单障碍物环境以及复杂障碍物环境，对比分析了RRT、RRT*、人工势场法和本文算法，发现了本文改进算法生成的路径平均长度短于RRT、 RRT*和人工势场法所规划的路径长度，路径规划效率更高，面对不同障碍物环境有更好的适用性。

关键词

无人船 / RRT* / 人工势场法 / 三次非均匀B样条 / 路径规划

基金资助

上海市启明星培育（扬帆专项）资助项目（22YF1416100）; 国家自然科学基金青年科学基金项目资助（62203293）