基于MATLAB实现的人工势场法智能避障的代码,结合了改进措施以解决传统人工势场法的局限性,如局部最小值问题和目标不可达问题。
1. 初始化参数
% 环境参数
mapSize = [100, 100]; % 环境大小 (m)
obstacles = [30, 40, 50, 60; 70, 80, 90, 10]; % 障碍物 [x, y, width, height]
goal = [90, 90]; % 目标位置 (m)
start = [10, 10]; % 起始位置 (m)
% 人工势场参数
k_att = 0.1; % 引力系数
k_rep = 100; % 斥力系数
r_safe = 10; % 安全距离 (m)
eta = 0.1; % 势场影响范围因子
2. 构建引力场和斥力场
% 引力场函数
function F_att = attractiveForce(currentPos, goal, k_att)
F_att = k_att * (goal - currentPos);
end
% 斥力场函数
function F_rep = repulsiveForce(currentPos, obstacles, k_rep, r_safe, eta)
F_rep = zeros(1, 2);
for i = 1:size(obstacles, 1)
obstacleCenter = obstacles(i, 1:2) + obstacles(i, 3:4) / 2;
distance = norm(currentPos - obstacleCenter);
if distance < r_safe
F_rep = F_rep + k_rep * ((1 / distance - 1 / r_safe) * (currentPos - obstacleCenter) / distance^2);
end
end
F_rep = F_rep * eta;
end
3. 路径规划
% 初始化路径
path = start;
currentPos = start;
% 循环直到到达目标
while norm(currentPos - goal) > 1
% 计算引力
F_att = attractiveForce(currentPos, goal, k_att);
% 计算斥力
F_rep = repulsiveForce(currentPos, obstacles, k_rep, r_safe, eta);
% 合力
F_total = F_att + F_rep;
% 更新位置
currentPos = currentPos + F_total / norm(F_total);
% 保存路径
path = [path; currentPos];
end
4. 可视化结果
% 绘制障碍物
figure;
hold on;
for i = 1:size(obstacles, 1)
rectangle('Position', obstacles(i, :), 'FaceColor', 'r');
end
% 绘制路径
plot(path(:, 1), path(:, 2), 'b', 'LineWidth', 2);
plot(start(1), start(2), 'go', 'MarkerSize', 10, 'LineWidth', 2); % 起点
plot(goal(1), goal(2), 'ro', 'MarkerSize', 10, 'LineWidth', 2); % 目标点
xlabel('X (m)');
ylabel('Y (m)');
title('人工势场法路径规划');
grid on;
hold off;
说明
- 初始化参数:定义了环境大小、障碍物位置、目标位置、起始位置以及人工势场的参数。
- 构建引力场和斥力场:定义了引力场和斥力场的计算函数,引力场引导机器人朝目标移动,斥力场使机器人避开障碍物。
- 路径规划:通过迭代计算合力并更新机器人位置,直到到达目标位置。
- 可视化结果:绘制障碍物、路径、起点和目标点,直观展示路径规划结果。
参考代码 人工势场法,实现智能避障,解决局部极小问题和目标不可达问题 youwenfan.com/contentalf/80894.html
改进
- 参数动态调整:根据距离障碍物的远近动态调整斥力系数,或在接近目标时增强引力系数。
- 势场函数重构:在狭窄通道中采用特殊势场函数,避免机器人被两侧斥力“卡住”。
- 混合算法:与全局规划算法(如A、RRT)结合,先规划全局路径,再局部避障。
- 虚拟目标点法:在障碍物外生成临时目标点,引导机器人绕过局部极小区域。