面向耐火砖砌筑的改进RRT涂抹机械臂路径规划方法

段梦成; 郑正鼎; 高全杰; 王红霞

doi:null

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

面向耐火砖砌筑的改进RRT涂抹机械臂路径规划方法

更新时间：2026-04-13

- 面向耐火砖砌筑的改进RRT涂抹机械臂路径规划方法
- An improved RRT path planning method for plastering robotic arm manipulation in refractory bricklaying
- 机械传动 2026年页码：1-10
- 作者机构：
  
  1.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室，武汉 430081
  2.武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室，武汉 430081
  3.湖北汽车工业学院汽车智能制造学院，十堰 442002
- 作者简介：
  
  段梦成，男，2000年生，河南商丘人，硕士；主要研究方向为机器人智能控制；1045243192@qq.com。
  郑正鼎（通信作者），男，1995年生，湖北大冶人，博士，讲师；主要研究方向为先进制造装备设计与工艺开发；zdzheng@wust.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52505516);湖北省自然科学基金科技创新群体项目(2024AFA026)
- DOI：
  中图分类号： TP241;TP18
- 收稿：2025-11-26，
  
  网络首发：2026-04-13，
- 稿件说明：
移动端阅览
段梦成，郑正鼎，高全杰，等.面向耐火砖砌筑的改进RRT涂抹机械臂路径规划方法［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-10.

DUAN Mengcheng，ZHENG Zhengding，GAO Quanjie，et al.An improved RRT path planning method for plastering robotic arm manipulation in refractory bricklaying［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-10.
段梦成，郑正鼎，高全杰，等.面向耐火砖砌筑的改进RRT涂抹机械臂路径规划方法［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-10. DOI：

DUAN Mengcheng，ZHENG Zhengding，GAO Quanjie，et al.An improved RRT path planning method for plastering robotic arm manipulation in refractory bricklaying［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-10. DOI：

摘要

目的

对于耐火砖砌筑中特异性砖体形态复杂、作业空间受限等特殊工况，传统方法在涂抹异形砖体表面时存在规划效率低、轨迹平滑性差及路径代价高等不足。为此，提出一种改进快速探索随机树（Rapidly-exploring Random Tree

RRT）算法，对涂抹机械臂的路径规划问题进行研究。

方法

通过分区高斯采样，增强对关键区域的搜索导向；采用引力动态调节步长，实现狭窄空间中的自适应探索；并引入三角不等式剪枝与三次B样条优化，去除冗余节点，提升轨迹平滑度。

结果

仿真结果表明，改进RRT算法在规划时间、路径长度、路径节点数及迭代次数方面均优于对比算法。实物试验验证中，该改进RRT算法在砌筑环境下可实现平稳避障与涂抹作业，其规划时间较传统RRT、RRT*、Bias-RRT和RRT-Connect分别缩短70.80%、80.54%、29.12%和22.24%；路径长度分别缩短31.26%、3.52%、22.62%和30.10%，展现了良好的工程适用性。

Abstract

Objective

In response to special working conditions such as complex shapes of specific bricks and limited operating space in refractory bricklaying

traditional methods exhibit shortcomings in plastering irregularly shaped brick surfaces

including low planning efficiency

poor trajectory smoothness

and high path cost. To address these issues

an improved rapidly-exploring random tree (RRT) algorithm was proposed to study the path planning problem for plastering robotic arms.

Methods

Partitioned Gaussian sampling was employed to enhance search focus on critical areas. Gravity-based dynamic step size adjustment was adopted to enable adaptive exploration in confined spaces. Triangular inequality pruning and cubic B-spline optimization were introduced to eliminate redundant nodes and improve trajectory smoothness.

Results

Simulation results demonstrate that the improved RRT algorithm outperforms comparison algorithms in planning time

path length

path node count

and iteration count. Physical tests validate the improved RRT algorithm’s capability for stable obstacle avoidance and plastering operations in masonry environments. Compared to traditional RRT

RRT*

Bias-RRT

and RRT-Connect

its planning time decreases by 70.80%

80.54%

29.12%

and 22.24%

respectively

while reducing path length by 31.26%

3.52%

22.62%

and 30.10%

respectively

demonstrating excellent engineering applicability.

关键词

Keywords

references

MCFARLAND T C ， RYU J ， HAAS C ， et al . Crafting safe and efficient masonry practices：quantitative assessment of postural characteristics in movement strategies ［J］. Journal of Construction Engineering and Management ， 2024 ， 150 （ 2 ）： 04023159 .

郝冠华 . 人工智能在建筑施工中的实践与展望［J/OL］. 城市建设理论研究（电子版）， 2024 （ 33 ）： 29 - 31 .

HAO Guanhua . Practice and prospect of artificial intelligence in building construction ［J/OL］. Theoretical Research in Urban Construction ， 2024 （ 33 ）： 29 - 31 .

王宇斌，沈振军，王昱宸，等 . 基于A*算法的四面体机器人路径规划研究［J］. 机械传动， 2024 ， 48 （ 2 ）： 42 - 47 .

WANG Yubin ， SHEN Zhenjun ， WANG Yuchen ， et al . Research on path planning for tetrahedral robots based on A* algorithm ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2024 ， 48 （ 2 ）： 42 - 47 .

WU L ， HUANG X D ， CUI J G ， et al . Modified adaptive ant colony optimization algorithm and its application for solving path planning of mobile robot ［J］. Expert Systems with Applications ， 2023 ， 215 ： 119410 .

马豪男，张志安，黎晴亮 . 改进人工势场法的双机械臂路径规划算法［J］. 机械传动， 2021 ， 45 （ 6 ）： 77 - 84 .

MA Haonan ， ZHANG Zhian ， LI Qingliang . Improved artificial potential field method for dual-manipulator path planning algorithm ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2021 ， 45 （ 6 ）： 77 - 84 .

姚博亮，刘放，孙腾，等 . 基于无碰撞通道的启发式RRT机械臂路径规划算法［J］. 机械传动， 2025 ， 49 （ 11 ）： 57 - 62 .

YAO Boliang ， LIU Fang ， SUN Teng ， et al . Heuristic RRT algorithm based on collision-free channels for manipulator path planning ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2025 ， 49 （ 11 ）： 57 - 62 .

WANG Y ， JIANG W S ， LUO Z ， et al . Path planning of a 6-DOF measuring robot with a direction guidance RRT method ［J］. Expert Systems with Applications ， 2024 ， 238 ： 122057 .

YE L ， WU F Y ， ZOU X J ， et al . Path planning for mobile robots in unstructured orchard environments：an improved kinematically constrained bi-directional RRT approach ［J］. Computers and Electronics in Agriculture ， 2023 ， 215 ： 108453 .

FAN J M ， CHEN X ， LIANG X . UAV trajectory planning based on bi-directional APF-RRT* algorithm with goal-biased ［J］. Expert Systems with Applications ， 2023 ， 213 ： 119137 .

赵广元，韩雪松，黄楠 . 基于RRT的机械臂路径规划改进算法［J］. 西安邮电大学学报， 2024 ， 29 （ 3 ）： 65 - 74 .

ZHAO Guangyuan ， HAN Xuesong ， HUANG Nan . Improved algorithm for robotic arm path planning based on RRT ［J］. Journal of Xi’an University of Posts and Telecommunications ， 2024 ， 29 （ 3 ）： 65 - 74 .

刘亚飞，刘放，董蓉，等 . 基于范数自适应步长RRT算法的机械臂路径规划［J］. 机械传动， 2024 ， 48 （ 12 ）： 82 - 86 .

LIU Yafei ， LIU Fang ， DONG Rong ， et al . Path planning of manipulators based on the norm adaptive step-size RRT algorithm ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2024 ， 48 （ 12 ）： 82 - 86 .

郭北涛，任天浩 . 基于改进RRT算法的机械臂避障路径规划研究［J］. 机械工程师， 2025 （ 3 ）： 19 - 22 .

GUO Beitao ， REN Tianhao . Research on obstacle avoidance path planning for robotic arms based on improved RRT algorithm ［J］. Mechanical Engineer ， 2025 （ 3 ）： 19 - 22 .

SHI Q Y ， WANG Z H ， KE X L ， et al . Trajectory optimization of wall-building robots using response surface and non-dominated sorting genetic algorithm III ［J］. Automation in Construction ， 2023 ， 155 ： 105035 .

ZHANG B ， YIN C H ， FU Y X ， et al . Harvest motion planning for mango picking robot based on improved RRT-Connect ［J］. Biosystems Engineering ， 2024 ， 248 ： 177 - 189 .

杨彦新，姜香菊 . 优化改进RRT*和APF的无人机航迹规划算法［J］. 电光与控制， 2025 ， 32 （ 10 ）： 34 - 40 .

YANG Yanxin ， JIANG Xiangju . Optimization of UAV trajectory planning algorithm with improved RRT* and APF ［J］. Electronics Optics & Control ， 2025 ， 32 （ 10 ）： 34 - 40 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于改进Lazy-PRM算法的双臂巡检机器人避障路径规划

基于无碰撞通道的启发式RRT机械臂路径规划算法

基于海马优化的改进Informed-RRT*的路径规划算法

基于范数自适应步长RRT算法的机械臂路径规划

启闭机提落闸门作业路径规划与轨迹生成