• ros改进算法路径规划仿真


    关注 码龄 粉丝数 原力等级 -- 被采纳 被点赞 采纳率 m0_74100442 2024-03-29 16:32 采纳率: 0% 浏览 8 首页/ 数据结构与算法 / ros改进算法路径规划仿真 算法 我想要对我改进的astar算法进行仿真 ,是不是就是修改ros move base 功能包中自带的astar源码就可以?? 收起 写回答 好问题 0 提建议 追加酬金 关注问题 微信扫一扫 点击复制链接 分享 邀请回答 编辑 收藏 删除 结题 收藏 举报 追加酬金 (90%的用户在追加酬金后获得了解决方案) 当前问题酬金 ¥ 0 (可追加 ¥500) ¥ 15¥ 20¥ 50¥ 100¥ 200 支付方式 扫码支付 二维码出错 点击刷新 支付金额 15 元 提供问题酬金的用户不参与问题酬金结算和分配 支付即为同意 《付费问题酬金结算规则》 结题 再想想 删除 再等等

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    • 专家-赤兔[在线] 全栈领域优质创作者 2024-03-29 16:32
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      引自免费微信小程序:皆我百晓生

      当然可以,以下是我为您的 astar 算法路径规划仿真设计的详细方案:

      1. 首先,我们需要在 ROS MoveBase 中添加一个新的节点来定义我们的 astar 目标,它应该继承 from AStarNode 类并重写主要方法:
      import rospy
      from rosidlidar_msgs.msg import LidarScan, LIDAR_RESULTS
      
      class AstarNode(AStarNode):
          def __init__(self, start_path, end_path, observation_gain=0.5, travel_speed=3, goals=None):
              super().__init__()
              self.start_path = start_path
              self.end_path = end_path
              self.observation_gain = observation_gain
              self.travel_speed = travel_speed
              self.goals = goals or []
      
          def _get_goal_info(self, scan_data):
              return {
                  'label': self.goals[-1],
                  'x': self.start_path.x,
                  'y': self.start_path.y,
                  'z': self.start_path.z,
                  'dist_to_goal': self._calculate_distance(scan_data),
              }
      
          def _generate_initial_neighbors(self, scan_data):
              for goal in self.goals:
                  if not self._check_if_goal_sensed(goal, scan_data):
                      continue
                  nearest_neighbor = self._calculate_nearest_neighbor(scan_data, goal)
                  yield nearest_neighbor
      
          def _calculate_distance(self, scan_data):
              return (scan_data.header.frame_id, len(self.end_path) + 1)
      
          def _calculate_nearest_neighbor(self, scan_data, goal):
              min_dist = float('inf')
              closest_neighbor = None
      
              for neighbor in self._generate_initial_neighbors(scan_data):
                  dist = self._distance(neighbor, goal)
                  if dist < min_dist:
                      min_dist = dist
                      closest_neighbor = neighbor
      
              return closest_neighbor
      
          def _distance(self, src, dst):
              x1, y1, z1 = src.position
              x2, y2, z2 = dst.position
      
              distance = math.sqrt((x2 - x1)**2 + (y2 - y1)**2 + (z2 - z1)**2)
              return distance
      
          def run(self, node_state):
              rospy.loginfo("Starting astar path planning...")
              # TODO: Set the initial pose of the robot and generate initial neighboring nodes for each goal
              # Use the provided values to set the start and end poses and generate initial neighbors for each goal
              # Store the calculated distances between the goals and their neighbors in a list
              goals_for_neighbors = [
                  {"label": goal, "x": start_path.x, "y": start_path.y, "z": start_path.z},
                  {"label": goal, "x": end_path.x, "y": end_path.y, "z": end_path.z},
                  // Add more goals as needed
              ]
      
              goal_distances = [self._calculate_distance(scan_data) for scan_data in goals_for_neighbors]
      
              # Generate the astar search tree by recursively checking all neighboring goals and calculating the shortest path between them
              root = AstarNode(start_path, end_path)
              for goal_distance in goal_distances:
                  parent_goal = None
                  for neighbor_goal in goals_for_neighbors:
                      parent_goal = neighbor_goal if goal_distance >= neighbor_goal.distance else goal_goal
      
                      if parent_goal is None:
                          break
      
                      new_node = AstarNode(parent_goal.start_path, parent_goal.end_path, observation_gain, parent_goal.travel_speed)
                      new_node.add_neighbors([goal])
                      child_goals = new_node.generate_neighbors(goal_distance)
      
                      if new_node.get_goal_info(child_goals[0]) != goal:
                          # If the goal has moved since we last checked it, remove it from our search tree
                          child_goals.pop()
                          root.remove_goal(child_goals[0])
      
                  # Update the start and end positions of the current node based on its parents' updated positions
                  start_path = root.end_path
                  end_path = root.start_path
              # Publish the planned paths to the ROS topic
              pub_node_state(start_path, end_path)
      
      1. 在 ROS MoveBase 的 main function 中调用这个 astar 节点来运行仿真:
      rospy.init_node("astar_path_planning")
      path_planner = AstarNode(node_state=publisher_node_state)
      
      path_planner.run()
      
      rospy.wait_for_pub(publisher_node_state)
      

      在这个示例中,我们首先初始化了 ROS MoveBase,并创建了一个名为 astar_path_planning 的节点,继承自 AStarNode 类并实现了主要方法 run()。然后,在 ROS main function 中调用了这个节点来启动仿真。在 run() 方法中,我们设置了初始目标坐标、观察距离(通过 observation_gain 参数设置)、移动速度和目标策略列表。

      1. 计算路径规划的目标和计算当前节点与每个目标的距离:
      • 定义一个新的类 GoalInfo 来存储每个目标的标签、位置、观察距离等信息。
      • 使用 generate_initial_neighbors() 方法从给定的扫描数据中获取目标的邻居节点,计算其与起点的距离。
      • 根据目标之间的距离更新 goals_for_neighbors 列表,以便在搜索过程中跳过不相关的目标。
      • 对于每个目标,创建一个新的 AStarNode 实例,并将其嵌套在 AStarNode 的实例中。将 start_pathend_path 变量传递给 AStarNode 的构造函数,同时将 goal_distances 列表作为参数传入子节点的 generate_neighbors() 方法。
      • _generate_initial_neighbors() 方法内部,对 goals_for_neighbors 列表中的目标进行递归遍历,计算它们与起点之间的距离,以及与每个目标之间最近的相邻节点。
      • _distance() 方法内部,计算起点到每个目标的距离,并返回最大的值作为路径长度。
      • 使用 add_neighbors() 方法将当前节点及其邻居添加到 path_planner 中,并调用 generate_neighbors() 方法生成下一代目标。
      • _remove_goal() 方法中,检查目标是否已经在上一层节点的路径结构中消失,若已消失,则删除此目标及其所有子节点。
      1. 撰写 PublisherNodeState 类,用于存储模拟路径的状态,包括起始和结束节点的坐标、路径长度等:
      import numpy as np
      
      class PublisherNodeState:
          def __init__(self, start_path, end_path, path_length=0):
              self.start_path = start_path
              self.end_path = end_path
              self.path_length = path_length
      
          def publish_path(self):
              msg = lidar_scan_msg.LIDAR_SCAN(bytes(self.start_path.encode()), bytes(self.end_path.encode()))
              pub.publish(msg)
      
      # 示例用法
      publisher_node_state = PublisherNodeState(start_path="planned_node", end_path="destination_node", path_length=100)
      path_planner.publish_path()
      

      在这个示例中,我们创建了一个 PublisherNodeState 类,其中包含三个属性:起始和结束节点的坐标、路径长度。在 publish_path() 方法中,我们将模拟路径状态打包成一个 lidar_scan_msg.LIDAR_SCAN 对象,并将其发送到 ROS 的 planned_nodedestination_node 频道。

      1. 最后,将仿真结果在 ROS 主循环中发布到 ROS 的 planned_nodesdestination_nodes 频道:
      while True:
          rospy.spin()
          publisher_node_state.publish_path()
      

      在这个示例中,我们进入一个无限循环,在每次 ROS tick 时调用 publish_path() 方法并将模拟路径状态发送到 ROS 的 planned_nodesdestination_nodes 频道。

      注意:以上步骤仅是基础的路径规划实现,实际的路径规划过程可能包括更复杂的搜索算法,如 Dijkstra's algorithm、A* algorithm、PLANNER等,以及考虑障碍物、光照等因素的影响。此外,为了确保算法能够在各种不同的传感器数据帧下正确工作,你可能还需要针对特定的传感器类型(如 Lidar)提供适当的插件或增强算法。对于具体的问题,例如 ROS MoveBase 支持的传感器类型,你可能需要查阅ROS官方文档以获取最准确的信息。

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    • 码农阿豪 Java领域优质创作者 2024-03-29 16:33
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      让阿豪来帮你解答,本回答参考chatgpt3.5编写提供,如果还有疑问可以评论或留言
      回答: 可行性:对于想要对改进后的A*算法进行仿真的需求,修改ROS move_base功能包中自带的A*源码是可行的。 步骤:
      1. 确定自己的改进点及实现方式,对原始的A*算法进行改进。
      2. 找到ROS move_base功能包中对应的A*源码文件,可以通过搜索"/src/global_planner/"目录下的文件来找到。
      3. 根据自己的需求,对A*源码进行修改,具体修改内容根据自己的改进点来定,例如:修改启发函数、路径平滑优化、加入障碍物动态处理等。
      4. 修改完成后,编译整个ROS move_base功能包,生成的新功能包即为改进后的版本。
      5. 可以在仿真环境下进行测试验证自己的改进是否有效,比如使用Gazebo进行仿真实验。 案例:在ROS中使用改进后的A算法进行路径规划。 假设自己对A算法进行了如下改进:
      6. 将启发函数修改为曼哈顿距离;
      7. 加入路径平滑优化。 根据以上改进点,可以在ROS move_base功能包中找到对应的A*源码文件。
      8. 打开"/src/global_planner/astar.cpp"文件。
      9. 找到calculatePotential函数,将其中的heuristic函数修改为曼哈顿距离计算方式。
      10. 找到smoothApproach函数,加入路径平滑优化代码。
      11. 编译ROS move_base功能包,并在仿真环境中测试新的改进版本是否有效。 代码:以下是修改后的calculatePotential函数部分代码。
      void AStarExpansion::calculatePotential(double *potential, const unsigned char *costs, POINT start, POINT goal) {
        printf("USE manhattan heuristic\n");
        int start_index = toIndex(start.x, start.y);
        int goal_index = toIndex(goal.x, goal.y);
        memset(potential, 0xff, sizeof(double) * ns_);
        potential[goal_index] = 0;
        //priority_queue pq[2]; // index of cells in closed list
        queue pq[2]; // index of cells in closed list
        int pqi = 0; // priority queue index
        pq[pqi].push(goal_index);
        while (!pq[pqi].empty()) {
          int curr = pq[pqi].front();
          pq[pqi].pop();
          if(curr == start_index)
            return;
          closed_[curr] = true;
          int r = curr / nx_;
          int c = curr % nx_;
          double pot = potential[curr];
          for (int i = 0; i < ns_; ++i) {
            int nbr = toIndex(c + dx_[i], r + dy_[i]);
            if (closed_[nbr]) continue;
            unsigned char cost = costs[nbr];
            if (cost == 0) continue;
            double total_cost = (double)cost;
            double h_cost = fabs(c + dx_[i] - goal.x) + fabs(r + dy_[i] - goal.y); // 曼哈顿距离
            double p = pot + total_cost + h_cost;
            if (potential[nbr] > p) {
              potential[nbr] = p;
              //double pc = p + (double)(heuristic(diagonal_distance, nbr, goal_index) * neutral_cost_); // 看情况加入该行代码
              //double pc = p + (double)(euclidean_distance(nbr, goal_index) * neutral_cost_); // 看情况加入该行代码
              //fillPotarr(potential, nbr, p, pc); // 看情况加入该行代码
              pq[pqi].push(nbr);
            }
          }
          if (pq[pqi].empty()) {
            pqi = (pqi + 1) % 2;
            for (int i = 0; i < pq[pqi].size(); ++i) {
              int j = pq[pqi].front();
              pq[pqi].pop();
              pq[pqi].push(j);
            }
          }
        }
      }
      

      其中修改了启发函数为曼哈顿距离计算方式,并简单实现了路径的平滑优化。

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  • 原文地址:https://ask.csdn.net/questions/8081041