规划器选择与调优：RRT、RRT*、PRM、STOMP、CHOMP 的特点与适用场景
各位做机器人运动规划的朋友，大家好。今天我们来聊聊规划器选择这件事。
说实话，我刚入行那会儿，面对 MoveIt 里一堆规划器名字——RRT、RRT*、PRM、STOMP、CHOMP——真有点懵。每个都试一遍，哪个能跑出来就用哪个。后来踩了不少坑，才慢慢摸清门道。
规划器选对了，路径规划效率能翻倍。选错了，可能卡在那里半天出不来一条路径。今天我就把这几年的经验梳理一下，帮你快速找到最适合当前任务的规划器。
一、规划器核心分类：采样型 vs 优化型
首先，我们要搞清楚一个基本概念。MoveIt 里的规划器，大致分两类：
- 采样型规划器：RRT、RRT*、PRM 都属于这一类。它们通过在 C 空间（构型空间）里随机采样，逐步构建路径。
- 优化型规划器：STOMP、CHOMP 是代表。它们从一个初始路径出发，通过梯度下降或随机优化来平滑路径。
你想想看，这两类规划器的思维方式完全不同。采样型是「先找路，再优化」，优化型是「先有条路，再修路」。理解了这个区别，后面就好办了。
核心观点：没有万能的规划器。只有最适合当前场景的规划器。
二、各规划器特点详解
1. RRT（快速随机扩展树）
RRT 是最基础的采样型规划器。它的思路很简单：从起点开始，随机向周围撒点，每次把新点连到最近的已有节点上，像树一样生长。
优点：速度快，尤其在高维空间里表现不错。我记得有一次做 7 轴机械臂的避障规划，RRT 几乎秒出结果。
缺点：路径质量一般。它找到的路径往往很绕，不是最优的。说白了，它只管「有没有路」，不管「路好不好」。
我的经验：RRT 适合做「快速可行性验证」。比如你刚搭好一个场景，想看看机械臂能不能绕过障碍物到达目标点，用 RRT 先跑一遍，心里有个底。
2. RRT*（渐进最优 RRT）
RRT* 是 RRT 的升级版。它多了一个「重连」步骤——每次加入新节点后，会检查附近有没有更短的路径可以替换。随着采样点增多，路径会逐渐收敛到最优。
嗯，这里要注意：RRT* 虽然路径质量好，但收敛速度慢。我曾经在一个复杂场景里等 RRT* 跑了 5 分钟才收敛到一条像样的路径。
避坑指南：我曾经在实时性要求高的项目里用了 RRT*，结果机器人半天不动，被客户投诉了。后来我改成先跑 RRT 快速出路径，再用 RRT* 做后台优化，效果好了很多。
3. PRM（概率路线图）
PRM 的思路和 RRT 不同。它先在整个 C 空间里随机采样，构建一张「路线图」（Roadmap），然后在图上做路径搜索。
PRM 最大的特点是：一次建图，多次查询。如果你需要在同一个场景里反复规划路径（比如机器人每天在固定工位间移动），PRM 非常合适。
| 规划器 | 适用场景 | 路径质量 | 实时性 | 我的推荐指数 |
|---|---|---|---|---|
| RRT | 快速探索、高维空间 | 一般 | 高 | ⭐⭐⭐⭐ |
| RRT* | 渐进最优、精度要求高 | 优秀 | 低 | ⭐⭐⭐ |
| PRM | 多查询、离线规划 | 良好 | 中（建图后高） | ⭐⭐⭐⭐ |
| STOMP | 平滑路径、避障 | 优秀 | 中 | ⭐⭐⭐ |
| CHOMP | 梯度优化、光滑轨迹 | 优秀 | 中 | ⭐⭐⭐ |
4. STOMP（随机轨迹优化运动规划器）
STOMP 是优化型规划器。它不靠随机采样找路径，而是从一个初始轨迹出发，通过随机扰动来优化路径。
我个人习惯用 STOMP 来处理「路径已经存在，但需要平滑」的场景。比如你用手动示教了一条轨迹，但走起来很抖，用 STOMP 跑一遍，轨迹就顺滑多了。
5. CHOMP（协变哈密顿优化运动规划器）
CHOMP 和 STOMP 类似，但它用的是梯度下降法。它把路径优化看作一个能量最小化问题——既要避开障碍物，又要让路径平滑。
CHOMP 的收敛速度比 STOMP 快，但容易陷入局部最优。我遇到过几次 CHOMP 把路径优化到墙角里去了，后来加了障碍物约束才解决。
三、如何根据任务选择最优规划器？
说了这么多，到底怎么选？我总结了一个简单的决策流程：
- 先问自己：我需要多快的响应？
- 实时性要求高（比如人机协作）→ 选 RRT
- 可以等几秒钟 → 选 RRT* 或 PRM
- 再问：路径质量重要吗？
- 路径越短越好、越平滑越好 → 选 RRT*、STOMP、CHOMP
- 只要不撞到东西就行 → 选 RRT
- 最后问：场景会变化吗？
- 固定场景，反复规划 → PRM 建图后飞快
- 场景动态变化 → RRT 或 RRT* 更灵活
我的个人经验：如果你实在拿不准，先用 RRT 跑一遍。RRT 是「万金油」，大部分场景都能出结果。然后根据结果再决定要不要换更优的规划器。别一上来就追求最优，先跑起来再说。
四、调优小技巧
选对了规划器，还要调参数。这里分享几个我常用的调优方向：
- RRT/RRT*：调整
max_planning_time（最大规划时间）。时间越长，RRT* 路径越优。我一般设 5-10 秒。 - PRM：调整采样点数量。采样点越多，路线图越密，但建图时间也越长。我习惯设 1000-3000 个点。
- STOMP：调整迭代次数和噪声标准差。噪声太大路径会乱跳，太小又优化不动。我一般从 0.1 开始试。
- CHOMP：调整学习率。学习率太大容易震荡，太小收敛慢。我常用 0.01-0.05。
# 示例：在 MoveIt 中配置 RRT* 规划器
planner_configs:
RRTstar:
type: geometric::RRTstar
max_planning_time: 10.0 # 最大规划时间（秒）
goal_bias: 0.05 # 目标偏置概率
range: 0.5 # 扩展步长
rewire_factor: 1.5 # 重连因子避坑指南：我曾经把 goal_bias 设得太大（0.3），结果 RRT 一直往目标方向扩展，遇到障碍物就卡住了。后来改成 0.05，探索更充分，路径反而更快找到。
好了，关于规划器选择与调优，今天就聊到这里。记住一句话：没有最好的规划器，只有最合适的规划器。多试、多调、多总结，你也能成为规划器调优的高手。
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