基于改进的人工势场法的机器人避障控制及其MATLAB实现.pdf

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1、上海理工大学学报第35卷第5期J．UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVo1．35No．52013文章编号：1007—6735(2013)05—0496—05基于改进的人工势场法的机器人避障控制及其MATLAB实现杨一波，王朝立(上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海200093)摘要：针对传统人工势场法存在局部极小点，而且容易导致路径规划失效的问题，通过改进的人工势场法，可以解决局部极小问题，使机器人尽快跳出局部极小点．从而有效地克服了机器人在障碍物附

2、近出现的反复震荡或停止不前等问题，使机器人运动轨迹更平滑，从而更接近最优路径．仿真实验结果说明此方法有效．关键词：人工势场；路径规划；局部极小点；机器人避障中图分类号：TP242文献标志码：AObstacleAvoidanceMethodforMobileRobotsBasedonImprovedArtificialPotentialFieldMethodandItsImplementationonMATLABYANGY_．bo，WANGChao-Ii(SchoolofOptical-Electricala

3、ndComputerEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Thetraditionalartificialpotentialfieldmethodhastheshortcomingoflocalminimumproblem．Byintroducinganimprovedmethod，theproblemoflocalminimumwassolvedmuchbetterandt

4、heproblemofkeepingonroundtriporstoppingmovingwasalsoresolved，makeingthepathofmobilerobotssmootherandmuchnearertotheoptimalpath．Thesimulationresultsshowtheeffectivenessofthemethod．Keywords：artificialpotentialfield；pathplanning；localminimum；obstacleavoidance

5、近年来，多移动机器人技术已经得到广泛的应用，任务，如何使多移动机器人的编队控制更加准确协调遍及工业、军事、农业、空间探索、海洋等众多领域．多已成为目前研究热点．目前，对于多机器人编队问题的移动机器人协同工作能够完成单个机器人难以完成的研究主要有领航一跟随者法、基于行为的方法、虚拟结收稿日期：2012——11——12基金项目：国家自然科学基金资助项目(60874002)第一作者：杨一波(1979一)，男，硕士研究生．研究方向：智能控制．E—mail：chhel@sina．COrn通讯作者：王朝立(1965一)

6、，男，教授．研究方向：非线性控制．E—mail：clclwang@126．com第5期杨一波，等：基于改进的人工势场法的机器人避障控制及其MATLAB实现497构法、人工势场法等．文献[1]中提出了一种采用分层表示目标对机器人的斥力，随着机器人与障碍物的的时空表和时间控制器的多机器人编队方法，解决了距离增加而单调递减，表示目标对机器人的引机器人间的协调协作问题，使多机器人编队系统具有力，随着与目标距离增加而单调递增，Fh表示引力较强的环境自适应能力．但方法缺乏对于编队避障方和斥力的合力，机器人沿着合力的方向

7、运动．法的论述．文献[2]中提出了基于领航者一跟随者的编队及避障法，通过一个总势场进行编队控制和避障，算障碍物目标I．．．法简单，利用此法能NJb~．N通过狭窄通道、静态障碍物和动态障碍物，并在避障后恢复队形，顺利到达目标．但是，随着移动机器人数量的增加和环境复杂程度的机器人增加，总势场函数变得复杂，有可能存在死锁和震荡现象．对于已知环境下的单机器人避障问题，已经有许多有效的解决方法，如人工势场法、栅格法和神经网络法等．由于人工势场法描述直观，并且易于实时控制，因图1机器人在人工势场中的受力情况Fig．1S

8、trengthforcedontherobotinartificial此得到了广泛的应用．potentialfield人工势场法首先由Khatib提出，其基本思想是借鉴物理方面的概念_3]：环境中的障碍物对机器人定义势场函数为产生斥力，目标点对机器人产生吸引力，机器人在合【，(X)=U(X)+U(X)(1)力的驱动下运动．人工势场的编队控制主要是通过式中，，为目标点和障碍物对机器人的引力场．设计人工势场和势场函数