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人工势场法是机器人导航中常用的避障算法,其核心思想是将环境建模为势场:目标点产生引力,障碍物产生斥力,机器人在这两种力的合力作用下运动。
在MATLAB实现中,算法通常分为三个关键函数模块:
角度计算函数 负责确定机器人当前位置与目标点/障碍物之间的方位角,为后续的力向量计算提供方向基准。采用反正切函数处理坐标差值,注意处理象限判断问题以避免角度跳变。
引力计算函数 根据机器人到目标点的距离生成吸引力,通常采用线性或二次函数关系。距离越远引力越大,确保机器人能向目标持续靠近,同时会在接近目标时自动减小力度。
斥力计算函数 障碍物周围构建的排斥力场具有两个特性:一是斥力大小与距离成反比,近距离时急剧增大;二是设置影响阈值,超出一定距离后斥力归零以降低计算量。需特别注意多个障碍物的合力叠加方式。
实际测试表明,该算法在简单环境中能实现平滑避障,但存在局部极小值问题——当引力和斥力平衡时机器人可能停滞。后续改进方向可考虑加入随机扰动或结合其他导航算法。