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基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

运维开发网 https://www.qedev.com 2021-04-11 16:10 出处:51CTO 作者:mb5fd86d8699f84
今天小编为大家分享一套求解机器人二维路径规划的MATLAB源代码,代码是一位印度的大佬写的,链接为:http://rkala.in/codes.php这位大佬写了7种求解机器人路径规划的代码,可以点击阅读原文直接进入该网站提取代码。为了让大家直观地感受这位大佬的代码的求解效果,小编录制成5个gif供大家参考,上述5个gif是用人工势场法求解出的路径: 01 | 传统人工势场法接下来介绍一下人工势场

今天小编为大家分享一套求解机器人二维路径规划的MATLAB源代码,代码是一位印度的大佬写的,链接为:http://rkala.in/codes.php

这位大佬写了7种求解机器人路径规划的代码,可以点击阅读原文直接进入该网站提取代码。

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

为了让大家直观地感受这位大佬的代码的求解效果,小编录制成5个gif供大家参考,上述5个gif是用人工势场法求解出的路径

 

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)


01 | 传统人工势场法

接下来介绍一下人工势场法求解机器人二维路径规划的基本概念,首先说一下基本原理:

移动机器人在一个虚拟的力场中运动,障碍物被斥力势包围,其产生的斥力随机器人与障碍物距离的减少而迅速增大方向背离障碍物;目标点被引力势场包围,其产生的引力随机器人与目标位姿的接近而减小方向指向目标点;然后按各个障碍物和目标位姿产生的人工势能的总和,取势函数梯度下降的方向(即沿斥力和引力矢量和的方向)来实现无碰路径规划。

设机器人在二维工作空间中的位置为,目标位置为

则引力势函数定义为:

其中为位置增益系数,则该引力场对机器人产生的引力即为引力势能的负梯度方向:

容易看出,当机器人越接近目标时,引力越小

 

障碍物对机器人产生的斥力场表示为:

其中是位置增益系数;是机器人到障碍物的最近点的坐标(PS:这个点在障碍物上);表示障碍物范围的影响范围的正常数,意思就是只有当机器人和障碍物之间的距离小于时,障碍物才会对机器人产生斥力场;为机器人与障碍物边缘之间的最短距离

该斥力场对机器人产生的斥力也为斥力势能的负梯度方向:

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

其中

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

容易看出,当机器人越接近障碍物时,斥力越大

机器人在引力

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

和斥力

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

的共同作用下运动,最终到达目标点

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

上述是传统的人工势场法,可能各位已经发现一些端倪。我们假设这样一种情况,当目标点附近存在障碍物时,机器人越接近目标点,目标点对机器人的引力越来越小,而位于目标点附近的障碍物对机器人的斥力会越来越大,这时机器人也就永远无法到达目标点


02 | 改进人工势场法

针对目标点附近有障碍物导致目标不可达的问题,这时也就需要对斥力函数进行修正,在原有斥力场的基础上,加上了目标点和机器人之间的距离的影响

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

是正数,一般来说取

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

从新的斥力场函数中可以看出,虽然当机器人在接近目标点时,也在接近目标点附近的障碍物,但是新增项

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

却越来越小,这可以在一定程度上限制斥力场越来越大越来越大的弊端

则对应的斥力变为:

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

如果想进一步学习改进人工势场,可看《改进人工势场法的移动机器人路径规划》这篇文献进行学习。


03 | 源代码链接(后台回复“人工势场法”提取代码)

如果各位小伙伴嫌去那个网站下载源码麻烦的话,也可以通过小编的百度云链接下载(7种求解方法都包括在内):

链接:https://pan.baidu.com/s/1ux4453wm-aCKSCzIgJwWUg 

提取码:u4aa 


04 | Reference

Reference

  1. https://blog.csdn.net/junshen1314/article/details/50472410

  2. http://rkala.in/codes.php

  3. Khatib O. Real-time obstacleavoidance for manipulators and mobile robots[M]//Autonomous robot vehicles.Springer, New York, NY, 1986: 396-404.

  4. 段华. 室外移动机器人视觉导航关键技术研究[D]. 南京航空航天大学,2006.

  5. 张建英, 赵志萍, 刘暾. 基于人工势场法的机器人路径规划[D]. , 2006.

  6. 于振中, 闫继宏, 赵杰, 等. 改进人工势场法的移动机器人路径规划[D]. , 2011.

基于人工势场法的机器人二维路径规划(附MATLAB代码)

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