复杂环境下多移动机器人路径规划研究附Matlab代码

简介: 复杂环境下多移动机器人路径规划研究附Matlab代码

✅作者简介:热爱科研的Matlab仿真开发者,修心和技术同步精进,matlab项目合作可私信。

🍎个人主页:Matlab科研工作室

🍊个人信条:格物致知。

更多Matlab仿真内容点击👇

智能优化算法  神经网络预测雷达通信 无线传感器

信号处理图像处理路径规划元胞自动机无人机 电力系统

⛄ 内容介绍

我们使用了本文[2]中描述的匈牙利赋值算法,并改编了[1]中的matlab实现。为了估计机器人团队的运行时间,我们计算了10条路径的平均值。然后我们将C-CAPT算法扩展到去中心化D-CAPT算法。我们在覆盖起始位置和目标位置的凸包中施加相同的无障碍消耗。在分散的假设所有机器人彼此相距足够远,以便机器人能够计算而不考虑与其他机器人的碰撞和交互。最初,所有机器人都是随机分配一个目标,然后我们假设机器人的数量与目标数量。假设机器人有一个可以发送和接收信息的视野来自其他机器人的消息。因此,当两个机器人进入彼此的领域时,它们会局部优化通过改变它们的目标位置,使它们在本地移动最小化平方距离损失函数。

⛄ 部分代码

function [desired_state,fret] = dcaptTrajGenerator(var,tc,state, qn)

%% The function which performs the dcapt computation and simulation

% var is a structure containing start goal f(assignment of goal) nbots

% bound vmax bound


%% Assign params

persistent tprev C_prev U_prev f coeff G


N = var.nbots;

tf = var.tf;


if(tc>=tf)

   desired_state.pos = G(f(qn),:)';

   desired_state.vel = zeros(3,1);

   desired_state.acc = zeros(3,1);

   desired_state.yaw = 0;

   desired_state.yawdot = 0;

   fret =f;

   return;

end


if isempty(tprev)

   G = var.goal;

   f = var.f;

   C_prev = computeNeighb(var.start, var.h);

   U_prev = C_prev;

   tprev = var.t0;

   %% TODO set the des

   X_V_0 = extractPosVel(state);

   coeff = computeCoeff(X_V_0, G(f,:), tc, var.tf, true(N,1));

   desired_state.pos = X_V_0(qn,1:3)';

   desired_state.vel = zeros(3,1);

   desired_state.acc = zeros(3,1);

   desired_state.yaw = 0;

   desired_state.yawdot = 0;

   fret = f;

   return;

end


%% Actual algorithm

X_V_prev = extractPosVel(state);

X_prev = X_V_prev(:,1:3);

isFC = false(N,1);

isFC(qn) = true;

C_t = computeNeighb(X_prev, var.h);


U_t = U_prev | (C_t & (~C_prev));

U_t = U_t & C_t;


while(any(isFC))

 

   %robots to check

   rtc = find(isFC);

   

   for i = 1:numel(rtc)

       

       ri = rtc(i);

       isFC(ri) = false;

       

       % neighb

       n_ind = find(U_t(ri,:));

       

       for j = 1:numel(n_ind)

           % neighb

           rj = n_ind(j);

           

           % any has to be swapped

           if isSwap(X_prev(ri,:), G(f(ri),:), X_prev(rj,:), G(f(rj),:))

               

               % swap fi fj

               tmp = f(ri);

               f(ri) = f(rj);

               f(rj) = tmp';

               

               % new neighb

               U_t(ri,:) = C_t(ri,:);

               U_t(ri,rj) = false;

               U_t(rj,:) = C_t(rj,:);

               U_t(rj,ri) = false;

               

               % recompute trajs

               r_inds = [ri;rj];

               coeff_ij = computeCoeff(X_V_prev, G(f,:), tprev, tf , r_inds );

               coeff.x([ri;rj],:) = coeff_ij.x;

               coeff.y([ri;rj],:) = coeff_ij.y;

               coeff.z([ri;rj],:) = coeff_ij.z;

               

               isFC(ri) = true;

               isFC(rj) = true;

               

           end

           U_t(ri,rj) = false;

       end

   end

end

%plotSim(X_c, var, var.start, var.goal, var.scale)

tprev = tc;

C_prev = C_t;

U_prev = U_t;


fret=f;

[Xc,Vc,Ac] = computeState(tc, coeff, qn);

desired_state.pos = Xc;

desired_state.vel = Vc;

desired_state.acc = Ac;

desired_state.yaw = 0;

desired_state.yawdot = 0;

end


function C = computeNeighb(X, h )

%% X = N by ndim position

% C = N by N sparse matrix 1 for points which are less than h dist

% btw them

N = size(X,1);

C = pdist2(X,X)<=h;

% make diag zeros

C(logical(eye(N))) = 0;

end


function [Xnext,Vnext,Anext] = computeState(tc, coeff, qn)

%% Given the current state and current goals and the

% current time, the time to estimate the next state

% and the end time compute Xnext


tpos = [ 1; tc; tc^2;   tc^3;    tc^4;    tc^5;     tc^6;     tc^7];

tvel = [ 0;  1; 2*tc; 3*tc^2;  4*tc^3;  5*tc^4;   6*tc^5;   7*tc^6];

tacc = [ 0;  0;    2;   6*tc; 12*tc^2; 20*tc^3;  30*tc^4;  42*tc^5];

Xnext = [coeff.x(qn,:)*tpos; coeff.y(qn,:)*tpos; coeff.z(qn,:)*tpos];

Vnext = [coeff.x(qn,:)*tvel; coeff.y(qn,:)*tvel; coeff.z(qn,:)*tvel];

Anext = [coeff.x(qn,:)*tacc; coeff.y(qn,:)*tacc; coeff.z(qn,:)*tacc];


end


function toSwap = isSwap(x_i, g_i, x_j, g_j)

%% checks if u'*w <0; where u = xj_c - xj_c

% checks if u'*w <0; where w = xj_tf - xj_tf


U = x_j - x_i; % 1 by n

W = g_j - g_i; % 1 by n


toSwap = U*W' < 0; % 1 by n x n by 1


end


function X = extractPosVel(state)

%% extract pos and vel

   X = cell2mat(state);

   X = X(1:6,:)';

end


function coeff = computeCoeff(X_V, G, tprev, tf , rob_ind)

%% Compute the coefficients of the septic for all the

% robots if rob_ind is not passed

X_V_int = X_V(rob_ind,:)';

G_int = G(rob_ind,:)';


zrs = zeros(size(X_V_int(1,:)));

x0= X_V_int(1,:);

vx0= X_V_int(4,:);

y0= X_V_int(2,:);

vy0= X_V_int(5,:);

z0= X_V_int(3,:);

vz0= X_V_int(6,:);

xf = G_int(1,:);

yf = G_int(2,:);

zf = G_int(3,:);


% computeSeptic(x0,v0,a0,j0,xf,vf,af,jf, t0,tf)

coeff.x = computeSeptic(x0,vx0,zrs,zrs,xf,zrs,zrs,zrs, tprev,tf)';

coeff.y = computeSeptic(y0,vy0,zrs,zrs,yf,zrs,zrs,zrs, tprev,tf)';

coeff.z = computeSeptic(z0,vz0,zrs,zrs,zf,zrs,zrs,zrs, tprev,tf)';


end

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1] James Munkres. Algorithms for the Assignment and Transportation Problems. Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics, 5(1):32–38, 1957.

[2] Matthew Turpin, Nathan Michael, and Vijay Kumar. Capt: Concurrent assignment and planning of trajectories for multiple robots. Int. J. Rob. Res., 33(1):98–112, January 2014.

⛄ Matlab代码关注

❤️部分理论引用网络文献,若有侵权联系博主删除
❤️ 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料


相关文章
|
2月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据可视化
基于QLearning强化学习的机器人避障和路径规划matlab仿真
本文介绍了使用MATLAB 2022a进行强化学习算法仿真的效果,并详细阐述了Q-Learning原理及其在机器人避障和路径规划中的应用。通过Q-Learning算法,机器人能在未知环境中学习到达目标的最短路径并避开障碍物。仿真结果展示了算法的有效性,核心程序实现了Q表的更新和状态的可视化。未来研究可扩展至更复杂环境和高效算法。![](https://ucc.alicdn.com/pic/developer-ecology/nymobwrkkdwks_d3b95a2f4fd2492381e1742e5658c0bc.gif)等图像展示了具体仿真过程。
118 0
|
2月前
|
机器学习/深度学习 传感器 安全
基于模糊神经网络的移动机器人路径规划matlab仿真
该程序利用模糊神经网络实现移动机器人的路径规划,能在含5至7个静态未知障碍物的环境中随机导航。机器人配备传感器检测前方及其两侧45度方向上的障碍物距离,并根据这些数据调整其速度和方向。MATLAB2022a版本下,通过模糊逻辑处理传感器信息,生成合理的路径,确保机器人安全到达目标位置。以下是该程序在MATLAB2022a下的测试结果展示。
|
4月前
|
安全
【2023高教社杯】D题 圈养湖羊的空间利用率 问题分析、数学模型及MATLAB代码
本文介绍了2023年高教社杯数学建模竞赛D题的圈养湖羊空间利用率问题,包括问题分析、数学模型建立和MATLAB代码实现,旨在优化养殖场的生产计划和空间利用效率。
224 6
【2023高教社杯】D题 圈养湖羊的空间利用率 问题分析、数学模型及MATLAB代码
|
4月前
|
存储 算法 搜索推荐
【2022年华为杯数学建模】B题 方形件组批优化问题 方案及MATLAB代码实现
本文提供了2022年华为杯数学建模竞赛B题的详细方案和MATLAB代码实现,包括方形件组批优化问题和排样优化问题,以及相关数学模型的建立和求解方法。
139 3
【2022年华为杯数学建模】B题 方形件组批优化问题 方案及MATLAB代码实现
|
4月前
|
数据采集 存储 移动开发
【2023五一杯数学建模】 B题 快递需求分析问题 建模方案及MATLAB实现代码
本文介绍了2023年五一杯数学建模竞赛B题的解题方法,详细阐述了如何通过数学建模和MATLAB编程来分析快递需求、预测运输数量、优化运输成本,并估计固定和非固定需求,提供了完整的建模方案和代码实现。
106 0
【2023五一杯数学建模】 B题 快递需求分析问题 建模方案及MATLAB实现代码
|
7月前
|
数据可视化 算法
MATLAB Simulink 交交变流电路性能研究
MATLAB Simulink 交交变流电路性能研究
87 2
|
7月前
|
数据可视化 算法
MATLAB Simulink 直流斩波电路性能研究
MATLAB Simulink 直流斩波电路性能研究
111 1
|
22天前
|
人工智能 自然语言处理 算法
具身智能高校实训解决方案 ----从AI大模型+机器人到通用具身智能
在具身智能的发展历程中,AI 大模型的出现成为了关键的推动力量。高校作为培养未来科技人才的摇篮,需要紧跟这一前沿趋势,开展具身智能实训课程。通过将 AI 大模型与具备 3D 视觉的机器人相结合,为学生搭建一个实践平台。
181 64
|
4天前
|
人工智能 自然语言处理 机器人
机器人迈向ChatGPT时刻!清华团队首次发现具身智能Scaling Laws
清华大学研究团队在机器人操作领域发现了数据规模定律,通过大规模数据训练,机器人策略的泛化性能显著提升。研究揭示了环境和对象多样性的重要性,提出了高效的數據收集策略,使机器人在新环境中成功率达到约90%。这一发现有望推动机器人技术的发展,实现更广泛的应用。
46 26
|
1月前
|
算法 机器人 语音技术
由通义千问驱动的人形机器人具身智能Multi-Agent系统
申昊科技人形机器人小昊,集成通义千问多模态大模型的具身智能系统,旨在讲解销售、迎宾表演等场景。机器人通过语音、动作等方式与用户互动,利用云端大语言模型处理自然语言,结合视觉、听觉等多模态感知技术,实现流畅的人机对话、目标追踪、展厅讲解等功能。
200 3
由通义千问驱动的人形机器人具身智能Multi-Agent系统
下一篇
DataWorks