用RRT*算法写一个无人机三维空间的路径规划MATLAB程序

时间: 2024-05-11 08:19:10 浏览: 96
以下是一个基于RRT*算法的无人机三维空间路径规划MATLAB程序的示例: ```matlab % 定义起始点和目标点 start_pos = [0, 0, 0]; goal_pos = [10, 10, 10]; % 定义空间边界和障碍物 xlim = [0, 20]; ylim = [0, 20]; zlim = [0, 20]; obstacles = [5, 5, 5, 2; 10, 10, 10, 3; 15, 15, 15, 4]; % 定义RRT*算法参数 delta_q = 1; max_iter = 1000; goal_bias = 0.2; rrt_star_step_size = 0.1; % 初始化RRT*树 tree.vertices = start_pos; tree.edges = []; % 开始迭代 for i = 1:max_iter % 随机采样一个点 if rand() < goal_bias q_rand = goal_pos; else q_rand = [randrange(xlim), randrange(ylim), randrange(zlim)]; end % 寻找树中距离q_rand最近的节点 [q_near, q_near_idx] = nearest_neighbor(q_rand, tree.vertices); % 在q_near和q_rand之间插入一个新节点q_new q_new = new_state(q_near, q_rand, delta_q); % 如果q_new不与障碍物相撞,则将其加入树中 if ~collision(q_near, q_new, obstacles, rrt_star_step_size) % 对所有与q_new距离小于rrt_star_step_size的节点进行更新 [near_indices, near_dists] = near_neighbors(q_new, tree.vertices, rrt_star_step_size); q_min = q_near; c_min = cost(q_near) + dist(q_near, q_new); for j = 1:length(near_indices) q_near_j = tree.vertices(near_indices(j), :); c_near_j = cost(q_near_j) + near_dists(j); if ~collision(q_near_j, q_new, obstacles, rrt_star_step_size) && c_near_j < c_min q_min = q_near_j; c_min = c_near_j; end end % 更新q_new的父节点和代价 tree.vertices = [tree.vertices; q_new]; tree.edges = [tree.edges; q_min, q_new]; cost_from_start = cost(q_min) + dist(q_min, q_new); cost_to_goal = dist(q_new, goal_pos); tree.costs = [tree.costs; cost_from_start, cost_to_goal]; tree.parents = [tree.parents; q_near_idx]; % 如果q_new与目标点的距离小于rrt_star_step_size,则路径规划完成 if dist(q_new, goal_pos) < rrt_star_step_size path = [q_new]; parent_idx = length(tree.parents); while parent_idx > 0 path = [tree.vertices(parent_idx, :); path]; parent_idx = tree.parents(parent_idx); end break; end end end % 绘制结果 figure; hold on; plot3(start_pos(1), start_pos(2), start_pos(3), 'go', 'MarkerSize', 10, 'LineWidth', 2); plot3(goal_pos(1), goal_pos(2), goal_pos(3), 'ro', 'MarkerSize', 10, 'LineWidth', 2); for i = 1:size(obstacles, 1) draw_sphere(obstacles(i, 1:3), obstacles(i, 4)); end for i = 1:size(tree.edges, 1) plot3(tree.edges(i, [1, 4]), tree.edges(i, [2, 5]), tree.edges(i, [3, 6]), '-b', 'LineWidth', 1); end plot3(path(:, 1), path(:, 2), path(:, 3), '-r', 'LineWidth', 2); axis equal; view(-30, 30); % 辅助函数 function r = randrange(lim) r = lim(1) + rand() * (lim(2) - lim(1)); end function [q_near, q_near_idx] = nearest_neighbor(q, vertices) [dists, idx] = pdist2(vertices, q, 'euclidean', 'Smallest', 1); q_near = vertices(idx, :); q_near_idx = idx(1); end function q_new = new_state(q_near, q_rand, delta_q) direction = (q_rand - q_near) / norm(q_rand - q_near); q_new = q_near + delta_q * direction; end function c = cost(q) global tree; idx = find(all(tree.vertices == q, 2)); c = tree.costs(idx, 1); end function d = dist(q1, q2) d = norm(q1 - q2); end function [indices, dists] = near_neighbors(q, vertices, r) [dists, indices] = pdist2(vertices, q, 'euclidean', 'Smallest', inf); indices = indices(dists <= r); dists = dists(dists <= r); end function c = collision(q1, q2, obstacles, step_size) for i = 1:size(obstacles, 1) c = sphere_collision(q1, q2, obstacles(i, 1:3), obstacles(i, 4), step_size); if c return; end end c = false; end function c = sphere_collision(q1, q2, c, r, step_size) d = q2 - q1; n = ceil(norm(d) / step_size); for i = 0:n q = q1 + i * step_size * d / norm(d); if norm(q - c) < r c = true; return; end end c = false; end function draw_sphere(c, r) [x, y, z] = sphere(); x = x * r + c(1); y = y * r + c(2); z = z * r + c(3); surf(x, y, z, 'FaceColor', [0.5, 0.5, 0.5], 'EdgeColor', 'none', 'FaceAlpha', 0.5); end ``` 这个程序使用了一些辅助函数,例如nearest_neighbor函数用于寻找距离某个点最近的树节点,new_state函数用于在树中插入一个新节点,collision函数用于检查节点之间是否存在障碍物等等。在运行程序之前,需要将这些辅助函数定义在程序之前或保存在单独的文件中。
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