CN110209171A - 一种基于人工势场法的路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于人工势场法的路径规划方法，涉及移动机械技术领域。该基于人工势场法的路径规划方法，包括如下步骤：坐标定位：在移动机械和障碍物所在的有效平面上建立平面直角坐标系，并标记移动机械和障碍物的坐标。该基于人工势场法的路径规划方法，通过工势场法对障碍物进行分析和计算，从而使得移动机械可以在环境中找出最优的行走轨迹，避免移动机械行走时与障碍物碰撞，同时在动态环境中(即障碍物移动的的环境中)移动机械能够根据障碍的位置，动态地规划处最优移动轨迹，进行快速地避障的同时向目标点运动，减少人力支出的同时提高了工作效率。

Description

一种基于人工势场法的路径规划方法

技术领域

本发明涉及移动机械技术领域，具体为一种基于人工势场法的路径规划方法。

背景技术

路径规划是运动规划的主要研究内容之一，运动规划由路径规划和轨迹规划组成，连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称之为路径，构成路径的策略称之为路径规划，路径规划在很多领域都具有广泛的应用。在高新科技领域的应用有：移动机械的自主无碰行动；无人机的避障突防飞行；巡航导弹躲避雷达搜索、防反弹袭击、完成突防爆破任务等。在日常生活领域的应用有：GPS导航；基于GIS系统的道路规划；城市道路网规划导航等。在决策管理领域的应用有：物流管理中的车辆问题(VRP)及类似的资源管理资源配置问题。通信技术领域的路由问题等。

在现有技术中，移动机械的路径规划一般采用人为设定或一些简单的算法进行，若遇到移动环境复杂或人工难以获取当前环境数据时则难以及时的通过机械化算法给出最优路径，增加人力支出的同时降低了工作效率。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于人工势场法的路径规划方法，解决了在现有技术中，移动机械的路径规划一般采用人为设定或一些简单的算法进行，若遇到移动环境复杂、障碍物处于移动状态或人工难以获取当前环境数据时则难以及时的通过机械化算法给出最优路径，增加人力支出的同时降低了工作效率的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于人工势场法的路径规划方法，包括如下步骤：

S1、坐标定位：在移动机械和障碍物所在的有效平面上建立平面直角坐标系，并标记移动机械和障碍物的坐标，其中：移动机械在地图中的位置坐标为(x,y),目标位置坐标为(x_t,y_t)，总共有n个障碍物，障碍物1的坐标为(x₁,y₁),障碍物2的坐标为(x₂,y₂)，以此类推，第n个障碍物的坐标为(x_n,y_n)；

S2、进行阻力场计算：具体计算方式如下：

障碍物1对移动机械的阻力场为：

障碍物2对移动机械的阻力场为：

公式中k的为阻力场权重系数；依次类推，得出所有障碍物对移动机械的阻力场总和为：

S3、进行引力场计算：具体计算方式如下：

目标位置对移动机械的引力场为：

公式中的h为引力场权重系数；

S4、进行人工势场的计算：具体计算方式如下：

移动机械的初始位置点为(x₀,y₀),从初始点到目标点，可以找到一条最优路径，使得该路径上移动机械的人工势场的总和∑M最大，则该路径为基于人工势场的最优路径。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于人工势场法的路径规划方法。具备以下有益效果：该基于人工势场法的路径规划方法，通过工势场法对障碍物进行分析和计算，从而使得移动机械可以在环境中找出最优的行走轨迹，避免移动机械行走时与障碍物碰撞，同时在动态环境中(即障碍物移动的的环境中)移动机械能够根据障碍的位置，动态地规划处最优移动轨迹，进行快速地避障的同时向目标点运动，减少人力支出的同时提高了工作效率。

附图说明

图1为基于人工势场法的路径规划方法示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于人工势场法的路径规划方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、坐标定位：在移动机械和障碍物所在的有效平面上建立平面直角坐标系，并标记移动机械和障碍物的坐标，其中：移动机械在地图中的位置坐标为(x,y),目标位置坐标为(x_t,y_t)，总共有n个障碍物，障碍物1的坐标为(x₁,y₁),障碍物2的坐标为(x₂,y₂)，以此类推，第n个障碍物的坐标为(x_n,y_n)；

S2、进行阻力场计算：具体计算方式如下：

障碍物1对移动机械的阻力场为：

障碍物2对移动机械的阻力场为：

公式中k的为阻力场权重系数；依次类推，得出所有障碍物对移动机械的阻力场总和为：

S3、进行引力场计算：具体计算方式如下：

目标位置对移动机械的引力场为：

公式中的h为引力场权重系数；

S4、进行人工势场的计算：具体计算方式如下：

移动机械的初始位置点为(x₀，y₀)，从初始点到目标点，可以找到一条最优路径，使得该路径上移动机械的人工势场的总和∑M最大，则该路径为基于人工势场的最优路径。

综上所述，该基于人工势场法的路径规划方法，通过工势场法对障碍物进行分析和计算，从而使得移动机械可以在环境中找出最优的行走轨迹，避免移动机械行走时与障碍物碰撞，同时在动态环境中(即障碍物移动的的环境中)移动机械能够根据障碍的位置，动态地规划处最优移动轨迹，进行快速地避障的同时向目标点运动，减少人力支出的同时提高了工作效率。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种基于人工势场法的路径规划方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、坐标定位：在移动机械和障碍物所在的有效平面上建立平面直角坐标系，并标记移动机械和障碍物的坐标，其中：移动机械在地图中的位置坐标为(x,y),目标位置坐标为(x_t,y_t)，总共有n个障碍物，障碍物1的坐标为(x₁,y₁),障碍物2的坐标为(x₂,y₂)，以此类推，第n个障碍物的坐标为(x_n,y_n)；

S2、进行阻力场计算：具体计算方式如下：

障碍物1对移动机械的阻力场为：

障碍物2对移动机械的阻力场为：

公式中k的为阻力场权重系数；依次类推，得出所有障碍物对移动机械的阻力场总和为：

S3、进行引力场计算：具体计算方式如下：

目标位置对移动机械的引力场为：

公式中的h为引力场权重系数；

S4、进行人工势场的计算：具体计算方式如下：

移动机械的初始位置点为(x₀,y₀),从初始点到目标点，可以找到一条最优路径，使得该路径上移动机械的人工势场的总和∑M最大，则该路径为基于人工势场的最优路径。