Trajectory Planning and Singularity Avoidance Algorithm for Robotic Arm Obstacle Avoidance Based on an Improved Fast Marching Tree

避障 运动规划 奇点 计算机科学 快速行进算法 弹道 稳健性(进化) 计算机视觉 人工智能 算法 机器人 数学优化 数学 移动机器人 几何学 基因 物理 生物化学 天文 化学
作者
Baoju Wu,Xiaohui Wu,Nanmu Hui,Xiaoxu Han
出处
期刊:Applied sciences [MDPI AG]
卷期号:14 (8): 3241-3241
标识
DOI:10.3390/app14083241
摘要

The quest for efficient and safe trajectory planning in robotic manipulation poses significant challenges, particularly in complex obstacle environments where the risk of encountering singularities and obstacles is high. Addressing this critical issue, our study presents a novel enhancement of the Fast Marching Tree (FMT) algorithm, ingeniously designed to navigate the complex terrain of Cartesian space with an unprecedented level of finesse. At the heart of our approach lies a sophisticated two-stage path point sampling strategy, ingeniously coupled with a singularity avoidance mechanism that leverages geometric perception to assess and mitigate the risk of encountering problematic configurations. This innovative method not only facilitates seamless obstacle navigation but also adeptly circumvents the perilous zones of singularity, ensuring a smooth and uninterrupted path for the robotic arm. To further refine the trajectory, we incorporate a quasi-uniform cubic B-spline curve, optimizing the path for both efficiency and smoothness. Our comprehensive simulation experiments underscore the superiority of our algorithm, showcasing its ability to consistently achieve shorter, more efficient paths while steadfastly avoiding obstacles and singularities. The practical applicability of our method is further corroborated through successful implementation in real-world robotic arm trajectory planning scenarios, highlighting its potential to revolutionize the field with its robustness and adaptability.
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