MATLAB实现基于人工势场法的机器人路径规划仿真系统

资 源 简 介

本MATLAB项目实现了基于人工势场法的移动机器人路径规划仿真。系统通过构建引力场和斥力场的叠加势场，引导机器人从起点安全导航至目标点。支持自定义机器人参数、目标位置和障碍物配置，提供完整的路径规划可视化解决方案。

详 情 说 明

基于人工势场法的单机器人路径规划仿真系统

项目介绍

本项目实现了一个基于人工势场法的移动机器人路径规划仿真系统。系统核心原理是通过构建目标点产生的引力场与障碍物产生的斥力场叠加形成的合成势场，引导机器人从起始位置自主、安全地导航至目标位置。该系统支持用户自定义环境参数与机器人配置，并提供实时的路径规划动画与详细的规划结果分析，适用于算法验证与教学演示场景。

功能特性

• 核心算法：采用经典人工势场法，结合梯度下降法进行路径优化。
• 交互式环境配置：用户可灵活设置机器人起始点、目标点、障碍物（位置与影响半径）及势场参数。
• 实时仿真可视化：动态显示机器人运动轨迹、实时路径规划过程以及势场分布图。
• 规划结果分析：系统输出详细的规划状态（成功/失败）、路径总长度、规划耗时等统计信息。
• 数据输出：记录并输出机器人运动过程中的完整轨迹坐标序列。

使用方法

1. 参数设置：在运行主程序前，于对应代码区域修改以下输入参数：

* robot_pos: 机器人初始位置坐标 (x, y) * goal_pos: 目标点位置坐标 (x, y) * obstacles: 障碍物信息（每个障碍物包含位置坐标和影响半径） * alpha: 引力系数 * beta: 斥力系数 * step_size: 梯度下降步长 * max_iter: 最大迭代次数

1. 运行仿真：执行主程序文件，系统将开始路径规划计算。

1. 结果查看：仿真界面将显示：

* 动画窗口：实时展示机器人移动路径与避障过程。 * 势场图：可视化合成势场的分布情况。 * 命令行输出：打印规划状态、路径长度、计算时间以及轨迹坐标。

系统要求

• 操作系统：Windows / Linux / macOS
• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本

文件说明

主程序文件集成了系统的核心功能，主要包括：初始化仿真环境与参数；调用人工势场计算函数，根据当前位置计算引力、斥力及合力；实施梯度下降算法以确定机器人移动方向与步长；实现机器人位置的迭代更新与运动轨迹的记录；对规划过程进行实时图形化动画演示，并绘制势场分布图；最终对路径规划的成功与否进行判断，并输出包括路径长度和规划时间在内的各项统计结果。