《基于人工势场法的移动机器人路径规划MAtlab程序.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于人工势场法的移动机器人路径规划MAtlab程序.docx（10页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、基于人工势场法的移动机器人路径规划MAtlab程序传统人工势场法程序 主程序： clear clc Xo=0 0;%起点位置 k=15;%计算引力需要的增益系数 m=4;%计算斥力的增益系数，都是自己设定的。 Po=2.5;%障碍影响距离，当障碍和车的距离大于这个距离时，斥力为0，即不受该障碍的影响。也是自己设定。 n=7;%障碍个数 l=0.2;%步长 J=600;%循环迭代次数 %如果不能实现预期目标，可能也与初始的增益系数，Po设置的不合适有关。 %end %给出障碍和目标信息 Xsum=10 10;1 1.5;3 2.2;4 4.5;3 6;6 2;5.5 6;8 8.2;%这个向量是
2、(n+1)*2维，其中10 10是目标位置，剩下的都是障碍的位置。 Xj=Xo;%j=1循环初始，将车的起始坐标赋给Xj %*初始化结束，开始主体循环* for j=1:J%循环开始 Goal(j,1)=Xj(1);%Goal是保存车走过的每个点的坐标。刚开始先将起点放进该向量。 Goal(j,2)=Xj(2); %调用计算角度模块 Theta=compute_angle(Xj,Xsum,n);%Theta是计算出来的车和障碍，和目标之间的与X轴之间的夹角，统一规定角度为逆时针方向，用这个模块可以计算出来。 %调用计算引力模块 Angle=Theta(1);%Theta是车和目标之间的角度，目
3、标对车是引力。 angle_at=Theta(1);%为了后续计算斥力在引力方向的分量赋值给angle_at Fatx,Faty=compute_Attract(Xj,Xsum,k,Angle);%计算出目标对车的引力在x,y方向的两个分量值。 for i=1:n angle_re(i)=Theta(i+1);%计算斥力用的角度，是个向量，因为有n个障碍，就有n个角度。 end %调用计算斥力模块 Yrerxx,Yreryy=compute_repulsion(Xj,Xsum,m,angle_re,n,Po);%计算出斥力在x,y方向的分量数组。 %计算合力和方向，这有问题，应该是数，每个j循
4、环的时候合力的大小应该是一个唯一的数，不是数组。应该把斥力的所有分量相加，引力所有分量相加。 Fsumyj=Faty+Yreryy;%y方向的合力 Fsumxj=Fatx+Yrerxx;%x方向的合力 Position_angle(j)=atan(Fsumyj/Fsumxj);%合力与x轴方向的夹角向量 %计算车的下一步位置 if Fsumyj 0 & Fsumxj 0)&(Xj(2)-Xsum(1,2)0)%是应该完全相等的时候算作到达，还是只是接近就可以？现在按完全相等的时候编程。 %K=j%记录迭代到多少次，到达目标。 break; end end K=j; Goal(K,1)=Xsum
5、(1,1);%把路径向量的最后一个点赋值为目标 Goal(K,2)=Xsum(1,2); %*画出障碍，起点，目标，路径点* %画出路径 X=Goal(:,1); Y=Goal(:,2); %路径向量Goal是二维数组,X,Y分别是数组的x,y元素的集合，是两个一维数组。 x=1 3 4 3 6 5.5 8 ;%障碍的x坐标 y=1.5 2.2 4.5 6 2 6 8.2 ; plot(x,y,o,Xsum(1,1),Xsum(1,2),v,0,0,ms,X,Y,.r); 计算角度分程序： function Y=compute_angle(X,Xsum,n)%Y是引力，斥力与x轴的角度向量,X
6、是起点坐标，Xsum是目标和障碍的坐标向量,是(n+1)*2矩阵 for i=1:n+1%n是障碍数目 deltaXi=Xsum(i,1)-X(1) deltaYi=Xsum(i,2)-X(2) ri=sqrt(deltaXi2+deltaYi2) if deltaXi0 theta=asin(deltaXi/ri) else theta=pi-asin(deltaXi/ri) end if i=1%表示是目标 angle=theta else angle=pi+theta end Y(i)=angle%保存每个角度在Y向量里面，第一个元素是与目标的角度，后面都是与障碍的角度 end 计算引力
7、分程序： function Yatx,Yaty=compute_Attract(X,Xsum,k,angle)%输入参数为当前坐标，目标坐标，增益常数,分量和力的角度 %把路径上的临时点作为每个时刻的Xgoal R=(X(1)-Xsum(1,1)2+(X(2)-Xsum(1,2)2;%路径点和目标的距离平方 r=sqrt(R);%路径点和目标的距离 Yatx=k*r*cos(angle); Yaty=k*r*sin(angle); end 计算斥力分程序： %斥力计算 function Yrerxx,Yreryy=compute_repulsion(X,Xsum,m,angle_re,n,Po
8、)%输入参数为当前坐标，Xsum是目标和障碍的坐标向量，增益常数,障碍，目标方向的角度 for i=1:n Rrei(i)=(X(1)-Xsum(i+1,1)2+(X(2)-Xsum(i+1,2)2;%路径点和障碍的距离平方 rre(i)=sqrt(Rrei(i);%路径点和障碍的距离保存在数组rrei中 if rre(i)Po%如果每个障碍和路径的距离大于障碍影响距离，斥力令为0 Yrerx(i)=0 Yrery(i)=0 else Yrer(i)=m*(1/rre(i)-1/Po)2*1/(rre(i)2)%分解的Fre1向量 Yrerx(i)=Yrer(i)*cos(angle_re(i
9、)%angle_re(i)=Y(i+1) Yrery(i)=Yrer(i)*sin(angle_re(i) end%判断距离是否在障碍影响范围内 end Yrerxx=sum(Yrerx)%叠加斥力的分量 Yreryy=sum(Yrery) 改进势场法程序： 主程序： clear all; %障碍和目标，起始位置都已知的路径规划,意图实现从起点可以规划出一条避开障碍到达目标的路径。 %初始化车的参数 Xo=0 0;%起点位置 k=15;%计算引力需要的增益系数 K=0;%初始化 m=5;%计算斥力的增益系数，都是自己设定的。 Po=2.5;%障碍影响距离，当障碍和车的距离大于这个距离时，斥力为
10、0，即不受该障碍的影响。也是自己设定。 n=7;%障碍个数 a=0.5; l=0.2;%步长 J=200;%循环迭代次数 %如果不能实现预期目标，可能也与初始的增益系数，Po设置的不合适有关。 %end %给出障碍和目标信息 Xsum=10 10;1 1.5;3 2.2;4 4.5;3 6;6 2;5.5 6;8 8.2;%这个向量是(n+1)*2维，其中10 10是目标位置，剩下的都是障碍的位置。 Xj=Xo;%j=1循环初始，将车的起始坐标赋给Xj %*初始化结束，开始主体循环* for j=1:J%循环开始 Goal(j,1)=Xj(1);%Goal是保存车走过的每个点的坐标。刚开始先将
11、起点放进该向量。 Goal(j,2)=Xj(2); %调用计算角度模块 Theta=compute_angle(Xj,Xsum,n);%Theta是计算出来的车和障碍，和目标之间的与X轴之间的夹角，统一规定角度为逆时针方向，用这个模块可以计算出来。 %调用计算引力模块 Angle=Theta(1);%Theta是车和目标之间的角度，目标对车是引力。 angle_at=Theta(1);%为了后续计算斥力在引力方向的分量赋值给angle_at Fatx,Faty=compute_Attract(Xj,Xsum,k,Angle,0,Po,n);%计算出目标对车的引力在x,y方向的两个分量值。 fo
12、r i=1:n angle_re(i)=Theta(i+1);%计算斥力用的角度，是个向量，因为有n个障碍，就有n个角度。 end %调用计算斥力模块 Frerxx,Freryy,Fataxx,Fatayy=compute_repulsion(Xj,Xsum,m,angle_at,angle_re,n,Po,a);%计算出斥力在x,y方向的分量数组。 %计算合力和方向，这有问题，应该是数，每个j循环的时候合力的大小应该是一个唯一的数，不是数组。应该把斥力的所有分量相加，引力所有分量相加。 Fsumyj=Faty+Freryy+Fatayy;%y方向的合力 Fsumxj=Fatx+Frerxx+
13、Fataxx;%x方向的合力 Position_angle(j)=atan(Fsumyj/Fsumxj);%合力与x轴方向的夹角向量 %计算车的下一步位置 Xnext(1)=Xj(1)+l*cos(Position_angle(j); Xnext(2)=Xj(2)+l*sin(Position_angle(j); %保存车的每一个位置在向量中 Xj=Xnext; %判断 if (Xj(1)-Xsum(1,1)0)&(Xj(2)-Xsum(1,2)0)%是应该完全相等的时候算作到达，还是只是接近就可以？现在按完全相等的时候编程。 K=j;%记录迭代到多少次，到达目标。 break; %记录此时的
14、j值 end%如果不符合if的条件，重新返回循环，继续执行。 end%大循环结束 K=j; Goal(K,1)=Xsum(1,1);%把路径向量的最后一个点赋值为目标 Goal(K,2)=Xsum(1,2); %*画出障碍，起点，目标，路径点* %画出路径 X=Goal(:,1); Y=Goal(:,2); %路径向量Goal是二维数组,X,Y分别是数组的x,y元素的集合，是两个一维数组。 x=1 3 4 3 6 5.5 8 ;%障碍的x坐标 y=1.5 2.2 4.5 6 2 6 8.2 ; plot(x,y,o,10,10,v,0,0,ms,X,Y,.r); 计算角度分程序： functi
15、on Y=compute_angle(X,Xsum,n)%Y是引力，斥力与x轴的角度向量,X是起点坐标，Xsum是目标和障碍的坐标向量,是(n+1)*2矩阵 for i=1:n+1%n是障碍数目 deltaX(i)=Xsum(i,1)-X(1); deltaY(i)=Xsum(i,2)-X(2); r(i)=sqrt(deltaX(i)2+deltaY(i)2); if deltaX(i)0 theta=acos(deltaX(i)/r(i); else theta=pi-acos(deltaX(i)/r(i); end if i=1%表示是目标 angle=theta; else angle
16、=theta; end Y(i)=angle;%保存每个角度在Y向量里面，第一个元素是与目标的角度，后面都是与障碍的角度 end 计算引力分程序： function Yatx,Yaty=compute_Attract(X,Xsum,k,angle,b,Po,n)%输入参数为当前坐标，目标坐标，增益常数,分量和力的角度 %把路径上的临时点作为每个时刻的Xgoal R=(X(1)-Xsum(1,1)2+(X(2)-Xsum(1,2)2;%路径点和目标的距离平方 r=sqrt(R);%路径点和目标的距离 Yatx=k*r*cos(angle);%angle=Y(1) Yaty=k*r*sin(ang
17、le); 计算斥力分程序： %斥力计算 function Yrerxx,Yreryy,Yataxx,Yatayy=compute_repulsion(X,Xsum,m,angle_at,angle_re,n,Po,a)%输入参数为当前坐标，Xsum是目标和障碍的坐标向量，增益常数,障碍，目标方向的角 度 Rat=(X(1)-Xsum(1,1)2+(X(2)-Xsum(1,2)2;%路径点和目标的距离平方 rat=sqrt(Rat);%路径点和目标的距离 for i=1:n Rrei(i)=(X(1)-Xsum(i+1,1)2+(X(2)-Xsum(i+1,2)2;%路径点和障碍的距离平方 rr
18、e(i)=sqrt(Rrei(i);%路径点和障碍的距离保存在数组rrei中 R0=(Xsum(1,1)-Xsum(i+1,1)2+(Xsum(1,2)-Xsum(i+1,2)2; r0=sqrt(R0); if rre(i)Po%如果每个障碍和路径的距离大于障碍影响距离，斥力令为0 Yrerx(i)=0; Yrery(i)=0; Yatax(i)=0; Yatay(i)=0; else %if r0Po if rre(i)Po/2 Yrer(i)=m*(1/rre(i)-1/Po)*(1/Rrei(i)*(rata);%分解的Fre1向量 Yata(i)=a*m*(1/rre(i)-1/Po
19、)2)*(rata);%分解的Fre2向量 Yrerx(i)=Yrer(i)*cos(angle_re(i);%angle_re(i)=Y(i+1) Yrery(i)=-1*Yrer(i)*sin(angle_re(i); Yatax(i)=Yata(i)*cos(angle_at);%angle_at=Y(1) Yatay(i)=Yata(i)*sin(angle_at); else Yrer(i)=m*(1/rre(i)-1/Po)*1/Rrei(i)*Rat;%分解的Fre1向量 Yata(i)=a*m*(1/rre(i)-1/Po)2)*rat;%分解的Fre2向量 Yrerx(i)=Yrer(i)*cos(angle_re(i);%angle_re(i)=Y(i+1) Yrery(i)=Yrer(i)*sin(angle_re(i); Yatax(i)=Yata(i)*cos(angle_at);%angle_at=Y(1) Yatay(i)=Yata(i)*sin(angle_at); end end%判断距离是否在障碍影响范围内 end Yrerxx=sum(Yrerx);%叠加斥力的分量 Yreryy=sum(Yrery); Yataxx=sum(Yatax); Yatayy=sum(Yatay);
