基于MATLAB的势场算法栅格地图路径规划仿真系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB实现机器人自主路径规划仿真，通过读取栅格地图构建环境模型，结合引力场与斥力场计算生成合成势场，规划最优路径并可视化势场分布与运动轨迹，支持障碍物避碰和路径平滑功能。

详 情 说 明

基于势场算法的栅格地图机器人自主路径规划仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB实现的势场法路径规划仿真系统。系统通过构建人工势场模型，在二维栅格地图中为机器人规划从起点到终点的最优运动路径。该算法模拟物理场中的引力和斥力作用，使机器人在目标点引力与障碍物斥力的共同作用下自主导航，实现安全避障和高效路径规划。

功能特性

• 环境建模：读取二维栅格地图数据，构建机器人运行环境模型
• 势场计算：实现引力场和斥力场计算，生成合成势场分布
• 路径规划：基于梯度下降法在势场中搜索从起点到终点的最优路径
• 可视化展示：实时显示势场分布三维曲面图和机器人运动轨迹
• 智能避障：支持障碍物自动避碰和路径平滑处理
• 性能分析：提供路径长度和规划时间等性能指标统计

使用方法

输入参数配置

1. 栅格地图矩阵：N×M矩阵，0表示自由空间，1表示障碍物
2. 起点坐标：1×2向量，指定机器人的起始位置[x,y]
3. 终点坐标：1×2向量，指定目标位置[x,y]
4. 势场参数：包括斥力场系数、引力场系数、障碍物影响范围半径等

运行步骤

1. 准备栅格地图数据文件
2. 在MATLAB中设置起点、终点坐标和势场参数
3. 运行主程序开始路径规划仿真
4. 查看输出的势场分布图和路径规划结果
5. 分析路径长度和规划时间等性能指标

输出结果

• 势场分布三维曲面图
• 路径规划结果（包含路径点的N×2坐标矩阵）
• 路径规划动画演示
• 性能指标统计报告

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 支持矩阵运算和图形可视化功能
• 推荐内存4GB以上，用于处理大型栅格地图

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，包括栅格地图数据读取与环境模型构建、势场函数建模与合成势场计算、梯度下降路径搜索算法实现、势场分布与运动轨迹可视化展示，以及路径规划性能指标统计分析。该文件负责协调各功能模块的工作流程，实现从环境建模到路径规划结果输出的完整仿真过程。