基于改进人工势场的移动机器人路径规划

介绍了传统人工势场法在静态环境中的应用,分析了此方法在动态环境中的不足,在此不足的基础上引入了速度势场的概念,改进了传统的人工势场函数,得出了新的引力函数和斥力函数;新的引力函数和斥力函数考虑了机器人、目标点、障碍物的速度特性,使机器人能更好适应动态环境;在新的势场函数作用下,机器人能快速调整自身速度大小和方向,使其快速脱离障碍物的威胁并快速、准确到达或追踪目标;仿真实验结果验证了新的人工势场函数的有效性.     

飞行器分层势场路径规划算法

传统势场法是飞行器路径规划的一种常用方法,但是存在目标不可达、易收敛到局部极小值和无评价机制等问题.本文针对这些问题提出了一种飞行器路径规划的分层势场算法.利用分段思想对势场函数进行修正,解决了目标不可达问题.引入回环力和飞行器间作用力,解决了易收敛到局部极小值问题和飞行器间的碰撞问题.采用分层方法,建立了多层次多方位路径点阵,并以此计算最优路径点,从而引入了势场法的评价机制.通过数值仿真,对在复杂障碍环境中的飞行器路径规划进行了传统势场法、改进势场法和分层势场法的对比研究.仿真结果验证了所提出的分层势场算法的有效性和可行性.     

人工势场法在移动机器人路径规划中的改进

随着智慧工厂的逐渐发展, 移动机器人在工厂中的应用越来越广泛, 但是在工厂中障碍物较多, 使用传统人工势场法容易产生目标不可达以及局部最小值等问题. 本文针对传统人工势场法在路径规划中出现的目标不可达以及局部最优解进行改进. 首先针对目标不可达的情况, 采用新斥力势场函数, 通过对原人工势场法中的斥力势场函数增加影响函数, 从而解决目标不可达; 其次针对局部最优解, 采用人工势场法与模拟退火法相结合的方法, 利用模拟退火法中的增设子目标点, 打破平衡状态, 从而走出障碍物. 最后通过Matlab对比, 本文算法在10个障碍物中比其他文献中算法的行驶时间提升6.70%, 路径长度减少9.20%. 本文算法在20个障碍物中比其他文献中算法的行驶时间提升9.10%, 路径长度减少12.10%.     

基于改进人工势场法的移动机器人路径规划

针对势场法的障碍物附近目标不可达的问题,改进了传统人工势场斥力函数,确保目标点是机器人的势场全局最小点,使得机器人顺利到达目标点。针对势场法的局部最小值问题,提出了一种连接局部最小值区域障碍物的方法,建立了机器人离散传感器模型,使机器人快速走出局部最小值区域。改进后的人工势场法适用于复杂室内环境下的机器人路径规划。仿真结果证明了该方法的有效性。     

改进人工势场法的移动机器人路径规划研究

人工势场法是机器人局部路径规划常用的一种方法.分析了传统的人工势场法由于局部最小问题而导致规划失败的原因.提出了一种改进的势场函数,并对改进势场函数的规划方法进行分析,发现该方法并不能完全解决局部极小问题.通过在改进势场函数基础上采用添加附加控制力的方法,使机器人尽快跳出局部极小点.仿真结果表明,该方法是有效的.     

基于新人工势场函数的机器人动态避障规划

人工势场法是进行机器人路径规划时常用的方法,但若用圆锥曲线函数作为引力场数学模型时,在目标点会产生抖动问题.本文在分析抖动产生原因的基础上,增加一个指数项到引力场函数中,从而消除了奇异值点,避免了抖动现象.然后将一敏感度参数引入斥力场函数,以便灵活控制运动过程中机器人与障碍物距离的大小.通过对敏感度的调节,还可以克服传统势场法中目标点在斥力作用范围内时,机器人无法到达目标点的缺陷.最后给出新势场法的仿真.     

基于势场栅格法的移动机器人避障路径规划

针对传统人工势场法应用于移动机器人避障路径规划存在的缺陷,建立了改进的人工势场模型,通过在障碍物的斥力势场函数中增加最小安全距离,同时考虑机器人与目标点的相对距离,成功地解决了障碍物附近目标不可达(Good Nonreachable with Obstacles Nearby GNRON)的问题。此外,针对传统人工势场法的局部极小点和障碍物附近目标不可达同时存在的问题,提出了以改进人工势场法为主,栅格法为辅的方案来实施避障,使得机器人能够尽快地脱离局部极小并成功地绕过障碍物到达目标点。采用栅格法对改进人工势场法做辅助决策,弥补了改进人工势场法的不足,使机器人能够顺利到达势场的全局最小点,提高了避障路径规划的安全性和可达性。论文利用Matlab进行了算法仿真,结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

基于模糊神经网络势场法的机器人动态路径规划

针对机器人局部路径规划的特点和传统人工势场理论存在不足的问题,采用改进的斥力势场函数,将机器人与目标的相对距离和速度考虑在内以解决局部最小值问题。引入神经网络模糊系统,兼顾了系统的鲁棒性和快速性,并在应用实例中得到了有效的验证。     

改进人工势场法的机器人避障及路径规划

针对机器人在传统人工势场避障过程中出现目标不可达和陷入极值点导致停滞不前的问题,通过改进传统人工势场的斥力场结构,解决目标不可达问题。在传统人工势场原有目标点产生的吸引力前提下,提出一种对比阀值,建立虚拟牵引点的方法,解决局部极小问题,增加快速函数提高机器人的运动速率,以克服机器人在障碍物附近出现的反复震荡或停止不前。为了验证上述方法的有效性,用MATLAB软件进行仿真,结果表明机器人运动轨迹平滑,接近最优路径。     

基于动态模糊人工势场法的移动机器人路径规划

传统人工势场法在路径规划中存在局部极小值问题,而且不能满足动态环境中移动机器人路径规划对实时性、安全性和可达性的要求.针对传统人工势场法存在的问题,通过引入速度矢量,改势场力函数,并与模糊控制方法相结合,实时调节斥力势场系数,克服人工势场法的缺陷.在MATLAB平台中验证了方法的有效性,实验结果表明,该方法优于人工势场法模型的路径规划.     

移动机器人动态人工势场路径规划方法研究

针对传统人工势场法在多障碍物环境中进行路径规划存在局部极小值,以及动态环境中移动机器人无法实时路径规划等问题,提出一种动态模糊控制的改进人工势场法,通过在势场力函数中引入速度矢量项,并采用模糊控制方法实时调节斥力场系数,从而实现在动态多障碍物的环境下机器人快速、实时、自适应的路径规划.仿真结果表明,该方法有效可行,在典型位置关系及特殊运动状态下均可获得良好的路径规划性能.

Abstract：

For traditional artificial potential field (APF) method,the local minima problem exists and can not satisfy the requirement of real-time for path planning of mobile robots in the multi-obstacle dynamic environment. A new APF method based on dynamic fuzzy control is proposed in this paper. The potential field force function is modified by introducing the velocity vector. The coefficients of potential field of repulsive force are adjusted by fuzzy control method. A fast real-time self-adaptive path planning method with dynamic multi-obstacle is realized. The simulation results show that the method is effective and feasible, and can get much better performance of path planning in typical location relationship and special motion relationship.     

基于路径预测人工势场法的自动跟随小车路径规划

针对自动跟随小车实际工作环境下目标点和障碍物具有可移动特征,在传统人工势场法的基础上提出一种具有动态路径预测功能的路径规划方法。通过实时采集和计算小车、目标点和障碍物的距离、运动速度和方向,预测未来三者之间可能的位置关系。根据目标点预测结果采用人工势场法确定接近目标点路径,根据预测的障碍点运行轨迹确定绕过障碍点的路径。将基于路径预测人工势场法与传统人工势场法进行仿真对比,结果表明该方法在跟随效率和避障能力上具有显著的提高。     

改进人工势场法的移动机器人避障轨迹研究

针对传统人工势场法在多障碍物复杂环境的全局路径规划中出现的目标不可达、易陷入陷阱区域以及局部极小点问题,提出一种简化障碍物预测碰撞人工势场法(simplified obstacles and predict collision of artificial potential field method,SOPC-APF)...     

Dynamic Motion Planning for Mobile Robots Using Potential Field Method

The potential field method is widely used for autonomous mobile robot path planning due to its elegant mathematical analysis and simplicity. However, most researches have been focused on solving the motion planning problem in a stationary environment where both targets and obstacles are stationary. This paper proposes a new potential field method for motion planning of mobile robots in a dynamic environment where the target and the obstacles are moving. Firstly, the new potential function and the corresponding virtual force are defined. Then, the problem of local minima is discussed. Finally, extensive computer simulations and hardware experiments are carried out to demonstrate the effectiveness of the dynamic motion planning schemes based on the new potential field method.     

基于改进人工势场法的机器人避障及路径规划研究

在不确定和复杂的移动环境中,利用传统的人工势场法进行机器人避障很难满足对环境动态适应性的需要。提出了一种相对速度的改进的人工势场法,针对于传统的路径规划中局部最小值问题,提出设置中间目标点的方法,给机器人一个外力以避免其在局部最小点处停止或者徘徊,确保机器人能够逃出最小值陷阱并顺利到达目标位置。最后在Matlab平台上进行了仿真实验,实验结果表明,改进后的人工势场法能较好地实现动态环境下移动机器人的路径规划。