Improving path planning for mobile robots in complex orchard environments: the continuous bidirectional Quick-RRT* algorithm

路径(计算) 运动规划 计算机科学 算法 平滑度 路径长度 数学优化 模拟 数学 机器人 人工智能 数学分析 程序设计语言 计算机网络
作者
Lei Ye,Jin Li,Pu Li
出处
期刊:Frontiers in Plant Science [Frontiers Media]
卷期号:15: 1337638-1337638 被引量:24
标识
DOI:10.3389/fpls.2024.1337638
摘要

Efficient obstacle-avoidance path planning is critical for orchards with numerous irregular obstacles. This paper presents a continuous bidirectional Quick-RRT* (CBQ-RRT*) algorithm based on the bidirectional RRT (Bi-RRT) and Quick-RRT* algorithms and proposes an expansion cost function that evaluates path smoothness and length to overcome the limitations of the Quick-RRT* algorithm for non-holonomic mobile robot applications. To improve the zigzag between dual trees caused by the dual-tree expansion of the Bi-RRT algorithm, CBQ-RRT* proposes the CreateConnectNode optimization method, which effectively solves the path smoothness problem at the junction of dual trees. Simulations conducted on the ROS platform showed that the CBQ-RRT* outperformed the unidirectional Quick-RRT* in terms of efficiency for various orchard layouts and terrain conditions. Compared to Bi-RRT*, CBQ-RRT* reduced the average path length and maximum heading angle by 8.5% and 21.7%, respectively. In addition, field tests confirmed the superior performance of the CBQ-RRT*, as evidenced by an average maximum path lateral error of 0.334 m, a significant improvement over Bi-RRT* and Quick-RRT*. These improvements demonstrate the effectiveness of the CBQ-RRT* in complex orchard environments.
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