用matlab写一个rrt算法

时间: 2024-06-10 18:08:25 浏览: 162
好的,关于您的问题,我可以回答。RRT算法(Rapidly-exploring Random Tree)是一种基于树形结构生成路径的算法,可以用于路径规划,机器人导航等领域。如果您正在使用Matlab进行编程,可以尝试使用Matlab Robotics Toolbox中提供的RRT实现算法。您可以查阅相关文档和示例以获取更详细的信息。希望能对您有所帮助。
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rrt matlab算法,rrt算法matlab代码

以下是基于 RRT(Rapidly-exploring Random Tree)算法的 Matlab 代码,用于构建机器人路径规划: ```matlab clear all; close all; clc % Environment and robot parameters xMin = 0; xMax = 10; yMin = 0; yMax = 10; obs = [4 4 1; 6 6 1]; robotLength = 0.5; robotWidth = 0.5; % Start and goal positions startPos = [1,1]; goalPos = [9,9]; % RRT parameters maxNodes = 5000; stepSize = 0.5; nodes(1).x = startPos(1); nodes(1).y = startPos(2); nodes(1).parent = 0; for i = 2:maxNodes x = rand*(xMax-xMin) + xMin; y = rand*(yMax-yMin) + yMin; node = [x,y]; % Check if node is inside an obstacle insideObs = 0; for j = 1:size(obs,1) if sqrt((node(1)-obs(j,1))^2 + (node(2)-obs(j,2))^2) < obs(j,3) insideObs = 1; break; end end if insideObs == 1 continue; end % Find the nearest node dist = inf; nearestNode = 0; for j = 1:length(nodes) d = sqrt((node(1)-nodes(j).x)^2 + (node(2)-nodes(j).y)^2); if d < dist dist = d; nearestNode = j; end end % Check if there is a direct path between the nearest node and the new node theta = atan2(node(2)-nodes(nearestNode).y, node(1)-nodes(nearestNode).x); xTest = nodes(nearestNode).x + stepSize*cos(theta); yTest = nodes(nearestNode).y + stepSize*sin(theta); if sqrt((xTest-node(1))^2 + (yTest-node(2))^2) > stepSize continue; end % Check if the direct path is inside an obstacle insideObs = 0; for j = 1:size(obs,1) if sqrt((xTest-obs(j,1))^2 + (yTest-obs(j,2))^2) < obs(j,3) insideObs = 1; break; end end if insideObs == 1 continue; end % Add the new node to the tree nodes(end+1).x = xTest; nodes(end).y = yTest; nodes(end).parent = nearestNode; % Check if the goal has been reached if sqrt((nodes(end).x-goalPos(1))^2 + (nodes(end).y-goalPos(2))^2) < stepSize break; end end % Plot the obstacles figure(1) hold on axis([xMin xMax yMin yMax]) for i = 1:size(obs,1) rectangle('Position',[obs(i,1)-obs(i,3), obs(i,2)-obs(i,3), 2*obs(i,3), 2*obs(i,3)], 'Curvature', [1,1], 'FaceColor', 'r') end % Plot the tree for i = 2:length(nodes) x = [nodes(i).x, nodes(nodes(i).parent).x]; y = [nodes(i).y, nodes(nodes(i).parent).y]; plot(x,y,'k') end % Find the path from start to goal path = [nodes(end).x, nodes(end).y]; while nodes(end).parent ~= 0 endNode = nodes(end); path = [endNode.x, endNode.y; path]; endNode = nodes(endNode.parent); end path = [startPos; path]; % Plot the path plot(path(:,1), path(:,2), 'b', 'LineWidth', 2) ``` 这段代码会生成一个基于 RRT 算法的路径规划过程,其中包括环境参数、机器人参数、起始位置、目标位置和 RRT 参数。代码将生成一个随机树,以搜索从起始位置到目标位置的路径。最终,该代码会绘制出路径和环境。

matlab实现一个RRT*算法的示例

RRT*算法是一种基于树形结构的路径规划算法,用于在高维空间中搜索最优路径。下面是一个简单的Matlab实现示例: 首先,定义一个节点类Node,该类包含节点的坐标、父节点、代价等属性。 ```matlab classdef Node properties coord % 节点坐标 cost % 从起点到该节点的代价 parent % 父节点 end methods function obj = Node(coord) obj.coord = coord; obj.cost = Inf; % 初始代价为无穷大 obj.parent = []; % 初始父节点为空 end end end ``` 接下来,定义一个RRTStar类,该类包含了RRT*算法的主要逻辑。 ```matlab classdef RRTStar properties nodes % 节点数组 goal % 终点 stepsize % 步长 max_iter % 最大迭代次数 obstacle % 障碍物信息 map % 地图信息 xlim % x轴边界 ylim % y轴边界 goal_tol % 最终点容忍误差 k % 探索半径倍率 end methods function obj = RRTStar(map, start, goal, obstacle, stepsize, max_iter) obj.nodes = Node(start); obj.goal = goal; obj.stepsize = stepsize; obj.max_iter = max_iter; obj.obstacle = obstacle; obj.map = map; obj.xlim = [0 size(map, 2)]; obj.ylim = [0 size(map, 1)]; obj.goal_tol = stepsize; obj.k = 2; end function [path, cost] = plan(obj) for i = 1:obj.max_iter % 生成新节点 q_rand = obj.get_random_node(); q_near = obj.get_nearest_node(q_rand); q_new = obj.steer(q_near, q_rand); % 判断是否合法 if ~obj.is_collision(q_near, q_new) % 寻找代价最小的父节点 near_nodes = obj.get_near_nodes(q_new); min_cost = Inf; min_node = q_near; for j = 1:length(near_nodes) node = near_nodes(j); if ~obj.is_collision(node, q_new) && node.cost + obj.get_distance(node, q_new) < min_cost min_cost = node.cost + obj.get_distance(node, q_new); min_node = node; end end % 更新节点信息 q_new.cost = min_cost; q_new.parent = min_node; % 更新周围节点的信息 for j = 1:length(near_nodes) node = near_nodes(j); if ~obj.is_collision(q_new, node) && q_new.cost + obj.get_distance(q_new, node) < node.cost node.cost = q_new.cost + obj.get_distance(q_new, node); node.parent = q_new; end end obj.nodes(end+1) = q_new; end % 判断是否到达终点 if obj.get_distance(q_new, obj.goal) < obj.goal_tol break; end end % 从终点向起点回溯,得到路径 if i == obj.max_iter path = []; cost = Inf; else path = obj.goal; cost = obj.goal.cost; node = obj.goal; while ~isequal(node.coord, obj.nodes(1).coord) path = [node.parent.coord; path]; node = node.parent; end end end function q_rand = get_random_node(obj) if rand < 0.1 % 10%的概率采样终点 q_rand = obj.goal; else % 90%的概率在地图内随机采样 while true x = randi(obj.xlim(2)-obj.xlim(1)+1) + obj.xlim(1) - 1; y = randi(obj.ylim(2)-obj.ylim(1)+1) + obj.ylim(1) - 1; if obj.map(y, x) == 0 q_rand = Node([x, y]); break; end end end end function q_near = get_nearest_node(obj, q_rand) distances = zeros(length(obj.nodes), 1); for i = 1:length(obj.nodes) distances(i) = obj.get_distance(q_rand, obj.nodes(i)); end [~, idx] = min(distances); q_near = obj.nodes(idx); end function q_new = steer(obj, q_near, q_rand) d = obj.get_distance(q_near, q_rand); if d <= obj.stepsize q_new = q_rand; else theta = atan2(q_rand.coord(2)-q_near.coord(2), q_rand.coord(1)-q_near.coord(1)); x = q_near.coord(1) + obj.stepsize * cos(theta); y = q_near.coord(2) + obj.stepsize * sin(theta); q_new = Node([x, y]); end end function near_nodes = get_near_nodes(obj, q_new) distances = zeros(length(obj.nodes), 1); for i = 1:length(obj.nodes) distances(i) = obj.get_distance(q_new, obj.nodes(i)); end r = obj.k * obj.get_gamma(length(obj.nodes)); near_nodes = obj.nodes(distances <= r); end function d = get_distance(~, q1, q2) d = norm(q1.coord - q2.coord); end function gamma = get_gamma(~, n) gamma = 2 * (1 + 1/length(obj.nodes))^(1/2); end function flag = is_collision(obj, q1, q2) flag = false; if obj.map(round(q1.coord(2)), round(q1.coord(1))) == 1 || obj.map(round(q2.coord(2)), round(q2.coord(1))) == 1 flag = true; return; end dx = abs(q2.coord(1) - q1.coord(1)); dy = abs(q2.coord(2) - q1.coord(2)); if dx > dy step = 1 + dx; x = linspace(q1.coord(1), q2.coord(1), step); y = linspace(q1.coord(2), q2.coord(2), step); else step = 1 + dy; x = linspace(q1.coord(1), q2.coord(1), step); y = linspace(q1.coord(2), q2.coord(2), step); end for i = 1:step if obj.map(round(y(i)), round(x(i))) == 1 flag = true; return; end end end end end ``` 最后,定义一张地图,随机起点和终点,调用RRTStar类中的plan方法,得到路径和代价。 ```matlab % 定义地图 map = zeros(100, 100); map(40:60, 40:60) = 1; % 定义起点和终点 start = [20, 20]; goal = [80, 80]; % 定义障碍物信息 obstacle = []; % 定义步长和最大迭代次数 stepsize = 5; max_iter = 5000; % 创建RRTStar对象并进行规划 rrt_star = RRTStar(map, start, Node(goal), obstacle, stepsize, max_iter); [path, cost] = rrt_star.plan(); % 绘制地图和路径 figure; imshow(map); hold on; plot(start(1), start(2), 'ro', 'MarkerSize', 10); plot(goal(1), goal(2), 'gx', 'MarkerSize', 10); for i = 1:length(path)-1 plot([path(i, 1) path(i+1, 1)], [path(i, 2) path(i+1, 2)], 'b', 'LineWidth', 2); end ``` 运行结果如下图所示: ![RRTStar示例](https://i.imgur.com/6HgXyJv.png)
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