基于APF-TB-RRT*算法的煤矸分拣机器人轨迹规划研究
闵振辉
王峥
王妍玮
张琛阳
黑龙江科技大学 机械工程学院,哈尔滨 150022
摘要：[目的]针对传统快速扩展随机树星(Rapidly-exploring Random Tree star,RRT*)算法在煤矸分拣机械臂避障轨迹规划中计算耗时长、路径冗余及平滑性差的缺陷,且现有球包围盒法对不规则矸石建模冗余大、固定目标偏置易陷入局部最优的问题,提出融合轴对齐包围盒法、人工势场(Arti-ficial Potential Field,APF)法与目标区域偏置(Target Biased,TB)策略的APF-TB-RRT*改进算法.[方法]首先,采用轴对齐包围盒对不规则矸石障碍物进行简化建模,降低碰撞检测计算量;其次,通过3因素6水平正交试验优化算法核心参数,设计三概率混合采样机制,以概率选择人工势场法在包围盒内生成斥力场引导路径生长,以概率选择目标区域采样平衡算法导向性与随机性;然后,利用3次B样条曲线对初始路径插值优化,提升轨迹平滑性;最后,通过Matlab软件仿真与样机试验验证算法性能.[结果]结果表明,改进算法轨迹规划成功率达100%,在无障碍、简单及复杂障碍物环境下,较RRT*+固定目标偏置策略运行时间分别缩短97.07%、63.19%与75.95%;路径长度方差最大减小86.12%,算法稳定性显著提升.样机试验显示,改进算法规划的避障路径较传统"直上、直下"路径长度缩短9.25%,机械臂末端可精准跟踪规划轨迹.
关键词：煤矸分拣机械臂轨迹规划快速扩展随机树人工势场包围盒法
分类号：TP241(自动化技术及设备)
资助基金：黑龙江省省属高等学校基本科研业务费项目(2023-KYYWF-0500)黑龙江省优秀青年教师基础研究支持计划重点项目(YQJH2025215)黑龙江省自然科学基金研究团队项目(TD2025E005)
论文发表日期：2026-06-30
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 146-160 )
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