基于人工势场(APF)算法、Vortex APF 算法、Safe APF 算法和动态窗口实现机器人路径规划附matlab代码

简介: 基于人工势场(APF)算法、Vortex APF 算法、Safe APF 算法和动态窗口实现机器人路径规划附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        电力系统

信号处理              图像处理               路径规划       元胞自动机        无人机

⛄ 内容介绍

路径规划问题是移动机器人导航研究中的基本和关键的课题,机器人根据某一性能指标自主地搜索出一条从起始状态到目标状态的最优或次优无碰撞路径。许多路径规划算法在环境先验信息已知情况下能够良好地规划出路径,但在未知环境特别是存在各种不规则障碍的复杂环境中,很多算法很可能失去效用。随着移动机器人复杂性提高与应用范围增大,对路径规划的要求也逐渐增高,局部规划应用受到传统规划方法的制约。本文对人工势场法展开研究,分析传统人工势场的局限性,对改进人工势场法进行探讨,提出一种新的改进人工势场算法,提高局部路径规划算法的适用性与规划效率。本文基于人工势场(APF)算法、Vortex APF 算法、Safe APF 算法和动态窗口实现机器人路径规划。

⛄ 部分代码

clc

clear all

close all

% Initial position and orientation

x = -0.5;

y = 0.5;

theta = 0;


% Goal position

x_goal = 3.5;

y_goal = 2.75;

position_accuracy = 0.1;


% Sampling period

dT = 0.1;


% Generate obstacles

Obstacle_count = 10;

angles = linspace(0, 2*pi, 360)';

obstacle = zeros(Obstacle_count, length(angles), 2);

c = zeros(Obstacle_count,2);

r = zeros(Obstacle_count,1);

for i=1:Obstacle_count

   while 1

       c(i,:) = 4*rand(1,2) - 1;

       r(i) = 0.25*rand() + 0.15;


       if norm([x y] - c(i,:)) > (r(i) + 0.35) && norm([x_goal y_goal] - c(i,:)) > (r(i) + 0.35)

           if i == 1, break; end

           [idx, dist] = dsearchn([c(1:(i-1),1) c(1:(i-1),2)], c(i,:));

           if dist > (r(idx)+r(i)+0.1)

               break;

           end

       end

   end

   obstacle(i,:,:) = [r(i) * cos(angles)+c(i,1) r(i)*sin(angles)+c(i,2) ];

end


% Simulation

simTimeMax = 600;

APF = ArtificialPotentialField(x, y, theta, x_goal, y_goal, position_accuracy, obstacle, dT, simTimeMax);

SAPF = SafeArtificialPotentialField(x, y, theta, x_goal, y_goal, position_accuracy, obstacle, dT, simTimeMax);

DWA = DynamicWindowApproach(x, y, theta, x_goal, y_goal, position_accuracy, obstacle, dT, simTimeMax);

VAPF = VortexArtificialPotentialField(x, y, theta, x_goal, y_goal, position_accuracy, obstacle, dT, simTimeMax);


% Plot it

figure(1);

cla; hold on; grid on; box on;

daspect([1 1 1]);

xlim([-1,4]);  ylim([-1 3]);

box on; hold on;

plot(DWA.X(1:DWA.t), DWA.Y(1:DWA.t), 'Color',[0.8500 0.3250 0.0980], 'LineWidth', 2); % Plot traveled path

plot(APF.X(1:APF.t), APF.Y(1:APF.t), 'Color',[0 0.4470 0.7410], 'LineWidth', 2); % Plot traveled path

plot(VAPF.X(1:VAPF.t), VAPF.Y(1:VAPF.t), 'Color',[0.4660 0.6740 0.1880], 'LineWidth', 2); % Plot traveled path

plot(SAPF.X(1:SAPF.t), SAPF.Y(1:SAPF.t), 'Color',[0.6350 0.0780 0.1840], 'LineWidth', 2); % Plot traveled path

plot(x_goal, y_goal, 'xg');

for i=1:Obstacle_count

   plot(obstacle(i,:,1), obstacle(i,:,2), '-r');

end

legend('DWA', 'APF', 'VAPF', 'SAPF', 'Location','best');

drawnow;


⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1] 李昶威, 甘屹, 孙福佳,等. 基于蝙蝠算法-人工势场的机器人路径规划研究[J]. 制造业自动化, 2021, 043(002):76-81.

[2] 蔡鑫伟, 侯向辉, 莫清宇,等. 面向群组机器人路径规划的Voronoi-APF算法研究[J]. 小型微型计算机系统, 2021.

[3] 许源. 结合粒子群算法和改进人工势场法的移动机器人混合路径规划[D]. 浙江大学, 2013.

[4] 白园, 刘婵, 何健辉. 基于APF算法的无人机动态航迹规划研究及仿真[J]. 通信技术, 2018, 51(8):8.

[5] O. Khatib, “Real-time obstacle avoidance for manipulators and mobile robots,” in Proceedings. 1985 IEEE International Conference on Robotics and Automation, vol. 2. IEEE, 1985, pp. 500–505

[6] X. Yun and K.-C. Tan, “A wall-following method for escaping local minima in potential field based motion planning,” in 1997 8th International Conference on Advanced Robotics. Proceedings. ICAR’97. IEEE, 1997, pp. 421–426

[7]D. Fox, W. Burgard, and S. Thrun, “The dynamic window approach to collision avoidance,” IEEE Robotics & Automation Magazine, vol. 4, no. 1, pp. 23–33, 1997.

⛳️ 代码获取关注我

❤️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
|
23天前
|
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。
47 0
|
24天前
|
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。
|
2月前
|
机器学习/深度学习 算法 Python
群智能算法:深入解读人工水母算法:原理、实现与应用
近年来,受自然界生物行为启发的优化算法备受关注。人工水母算法(AJSA)模拟水母在海洋中寻找食物的行为,是一种新颖的优化技术。本文详细解读其原理及实现步骤,并提供代码示例,帮助读者理解这一算法。在多模态、非线性优化问题中,AJSA表现出色,具有广泛应用前景。
WK
|
2月前
|
机器学习/深度学习 自然语言处理 算法
PSO算法和人工神经网络有什么不同
PSO算法(粒子群优化)与人工神经网络(ANN)在原理、应用及优化方式上差异显著。PSO模拟鸟群行为,通过粒子协作在解空间中搜索最优解;而ANN模仿大脑神经元结构,通过训练学习输入输出映射,适用于模式识别、图像处理等领域。PSO主要用于优化问题,实时性高,结果直观;ANN则在处理复杂非线性关系方面更强大,但结构复杂,训练耗时长,结果解释性较差。实际应用中需根据需求选择合适技术。
WK
23 0
|
3月前
|
存储 算法 数据可视化
【Python】实现二维装箱Bottom-Left算法及用人工蜂群算法改进
本文介绍了二维装箱问题的Bottom-Left算法,并提供了Python实现,包括主函数、装箱顺序、重叠检测、最终位置计算等,同时指出了算法的缺点并提出了使用人工蜂群算法进行改进的方法,最后提供了完整代码的下载链接。
48 1
|
3月前
|
机器学习/深度学习 算法 数据可视化
基于强化学习的路径规划matlab仿真,对比QLearning和SARSA
本仿真展示了使用MATLAB 2022a实现的Q-Learning路径规划算法。通过与环境交互,智能体学习从起点至终点的最佳路径。Q-Learning采用off-policy学习方式,直接学习最优策略;而SARSA为on-policy方法,依据当前策略选择动作。仿真结果显示智能体逐步优化路径并减少步数,最终实现高效导航。核心代码片段实现了Q表更新、奖励计算及路径可视化等功能。
71 0
|
4月前
|
存储 算法 缓存
高并发架构设计三大利器:缓存、限流和降级问题之滑动窗口算法的原理是什么
高并发架构设计三大利器:缓存、限流和降级问题之滑动窗口算法的原理是什么
|
4月前
|
算法 API 缓存
高并发架构设计三大利器:缓存、限流和降级问题之固定窗口限流算法的原理是什么
高并发架构设计三大利器:缓存、限流和降级问题之固定窗口限流算法的原理是什么
|
4月前
|
算法 Java
详解 Java 限流接口实现问题之理解固定窗口限流算法的窗口边界问题如何解决
详解 Java 限流接口实现问题之理解固定窗口限流算法的窗口边界问题如何解决
|
4月前
|
算法 Java
详解 Java 限流接口实现问题之固定窗口限流算法的实现原理是什么
详解 Java 限流接口实现问题之固定窗口限流算法的实现原理是什么

热门文章

最新文章