RRT 算法原理以及过程演示

article/2025/10/4 8:38:58

RRT 适用于涉及非完整约束场合下的路径规划问题。
RRT 算法为一种递增式的构造方法,在构造过程中,算法不断在搜索空间中随机生成状态点,如果该点位于无碰撞位置,则寻找搜索树中离该节点最近的结点为基准结点,由基准结点出发以一定步长朝着该随机结点进行延伸,延伸线的终点所在的位置被当做有效结点加入搜索树中。这个搜索树的生长过程一直持续,直到目标结点与搜索树的距离在一定范围以内时终止。随后搜索算法在搜索树中寻找一条连接起点到终点的最短路径。

下面用一个示例来说明RRT算法的过程。

  1. 初始化一个环境,包括地图,起点,终点。如下图所示,黑色物体为障碍物,蓝色飞机位于起点位置,红色五角星为目标终点位置。
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  2. 从环境中随机采样状态点,如下图所示,采样点为 Xrand
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  3. 从所构建的树中寻找距离采样点 Xrand最近的结点 Xnear。现在树中只有起点一个结点,所有最近的结点就是起点。

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  4. 开始树的生长过程。首先连接 XnearXrand连接起来,这个连接线的方向就是树生长的方向。设置一个步长 Stepsize作为树一次生长的步长,在树生长的这个方向上生长一个步长,然后就会在生长的末端会产生一个新的结点 Xnew
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  5. 判断从 XnearXrand是否穿过障碍物,如果穿过,则放弃该新的结点,如果没有,则将 Xnew 结点加入到树中。
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  6. 从步骤 2 开始再循环执行,从环境中随机采样状态点。
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  7. 从树中寻找距离 Xrand 结点最近的结点为 Xnew

  8. 开始书的生长过程。首在 XnearXrand的连接方向上生长一个步长到新的一个结点 Xnew
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  9. 判断从 XnearXrand是否穿过障碍物,如果穿过,则放弃该新的结点,如果没有,则将 Xnew 结点加入到树中。如上图所示,穿过了障碍物,所以放弃该新的结点。
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  10. 重复上述树的生长过程,直到树新生成的结点到目标点的距离小于一个步长,则终止树的生长。直接将该新结点与目标点相连。

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整个过程图如下(中间过程有些跳动,不必再在意):

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算法流程图总结如下:

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