Verbesserung der Pfadplanung für mobile Roboter in komplexen Obstgartenumgebungen: der kontinuierliche bidirektionale Quick-RRT*-Algorithmus

Eine effiziente Hindernisvermeidung bei der Pfadplanung ist entscheidend für Obstplantagen mit zahlreichen unregelmäßigen Hindernissen. Dieses Papier präsentiert einen kontinuierlichen bidirektionalen Quick-RRT*-Algorithmus (CBQ-RRT*) basierend auf den bidirektionalen RRT (Bi-RRT) und Quick-RRT*-Algorithmen und schlägt eine Erweiterungskostenfunktion vor, die die Pfadglätte und -länge bewertet, um die Einschränkungen des Quick-RRT*-Algorithmus für nicht-holonome mobile Roboteranwendungen zu überwinden. Um das Zickzack zwischen den beiden Bäumen, verursacht durch die Dualtree-Erweiterung des Bi-RRT-Algorithmus, zu verbessern, schlägt CBQ-RRT* die Optimierungsmethode CreateConnectNode vor, die das Problem der Pfadglätte an der Verzweigung der beiden Bäume effektiv löst. Simulationen, die auf der ROS-Plattform durchgeführt wurden, zeigten, dass CBQ-RRT* in Bezug auf die Effizienz bei verschiedenen Obstgartenlayouts und Geländebedingungen besser abschneidet als das unidirektionale Quick-RRT*. Im Vergleich zu Bi-RRT* reduzierte CBQ-RRT* die durchschnittliche Pfadlänge und den maximalen Kurswinkel um 8,5 % bzw. 21,7 %. Darüber hinaus bestätigten Feldversuche die überlegene Leistung von CBQ-RRT*, wie durch einen durchschnittlichen maximalen seitlichen Pfadfehler von 0,334 m belegt, was eine signifikante Verbesserung gegenüber Bi-RRT* und Quick-RRT* darstellt. Diese Verbesserungen zeigen die Effektivität von CBQ-RRT* in komplexen Obstgartenumgebungen.