利用欧几里得距离场特性结合改进的 Lazy Theta* 实现快速安全的 3D 规划
系统与控制
2026-01-16 v2 机器人学
系统与控制
摘要
本文提出了 FS-Planner，一种基于改进 Lazy Theta* 算法的快速图搜索规划器，该算法利用了欧几里得距离场（EDFs）的解析特性。我们引入了一个新的代价函数，该函数整合了一个基于 EDF 的项，并证明其满足三角不等式，从而实现了高效的父节点选择并减少了计算时间，同时生成了具有较小航向变化的安全路径。我们还推导了沿线段的 EDF 积分的解析近似，并分析了视线限制对近似误差的影响，这促使了有界可见范围的使用。此外，我们提出了一种基于梯度的邻居选择机制，该机制减少了探索节点的数量，并在不降低安全性或路径质量的前提下提高了计算性能。FS-Planner 无需使用后处理方法即可生成具有较小航向变化的安全路径。我们在具有挑战性的 3D 室内仿真环境中进行了广泛的实验和比较，并在真实世界的室外环境中进行了测试，以评估和验证 FS-Planner。结果表明，与基线启发式规划器相比，在几何意义上，计算时间、探索效率、安全性和平滑性均取得了一致的提升，同时将次优性保持在可接受的范围内。最后，本文提出的基于 EDF 的代价公式与底层搜索方法正交，可以 incorporated 到其他规划范式中。
引用
@article{arxiv.2505.24024,
title = {Exploiting Euclidean Distance Field Properties for Fast and Safe 3D planning with a modified Lazy Theta*},
author = {Jose A. Cobano and L. Merino and F. Caballero},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.24024},
year = {2026}
}