【路径规划】基于改进的人工势场算法机器人避障路径规划附Matlab代码

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🔥内容介绍

在科技飞速发展的今天，机器人的身影已广泛出现在工业制造、物流运输、医疗服务、家庭陪伴等诸多领域，承担着各种各样复杂且关键的任务。从工厂中高效运作的机械臂，到物流仓库里灵活穿梭的搬运机器人，再到医院中协助医护人员工作的服务机器人，它们的存在极大地提高了生产效率，改善了人们的生活质量。然而，要让机器人在这些复杂多变的实际场景中稳定、可靠地运行，实现高效的自主导航，机器人避障与路径规划技术就成为了核心关键。

以物流仓库为例，仓库内通常堆满了各种各样的货物，通道狭窄且布局复杂，同时还有其他移动设备在作业。搬运机器人需要在这样的环境中快速、准确地规划出从取货点到送货点的最佳路径，并且实时躲避随时可能出现的障碍物，如其他机器人、工作人员、临时堆放的货物等。稍有不慎，就可能发生碰撞事故，不仅会损坏货物和机器人自身，还会导致整个物流流程中断，造成巨大的经济损失。

在医疗领域，服务机器人可能需要在拥挤的医院走廊中穿梭，为病房运送药品和物资。这就要求它们能够在行人众多、环境动态变化的情况下，巧妙地规划路径，避开行人、病床、医疗设备等障碍物，及时、安全地将物品送达目的地，为患者的治疗争取宝贵时间。

而在家庭场景中，扫地机器人要在家具摆放错综复杂、地面情况多变的室内环境里完成清洁任务，同样需要具备出色的避障和路径规划能力，避免碰撞家具、墙壁，同时合理规划清扫路径，确保全面覆盖地面。

传统的机器人路径规划算法，如 Dijkstra 算法、A * 算法等，虽然在静态、简单环境中能够找到从起点到终点的路径，但在面对复杂动态环境时，却显得力不从心。这些算法通常需要对整个环境进行全面的建模和搜索，计算量巨大，难以满足机器人实时运行的需求。一旦环境中出现动态变化，如突然出现的障碍物、路径被临时封锁等，它们往往无法及时做出有效的反应，导致机器人陷入困境。

人工势场算法作为一种较为经典的路径规划算法，因其原理直观、计算相对简单，在机器人路径规划领域得到了广泛的研究和应用。它的基本思想是将机器人的工作空间视为一个虚拟的势场，目标点对机器人产生引力，吸引机器人向其靠近；障碍物则对机器人产生斥力，促使机器人远离。机器人在引力和斥力的合力作用下，沿着势场中势能下降的方向运动，从而规划出一条从起点到终点的无碰撞路径。然而，传统的人工势场算法存在着一些难以克服的缺陷。其中最为突出的问题就是容易陷入局部极小值，当机器人受到障碍物斥力和目标引力的综合影响，处于某个特殊位置时，可能会出现合力为零的情况，导致机器人无法继续向目标前进，被困在局部区域，无法到达最终目标。此外，在目标点附近，由于障碍物的斥力影响，还可能出现目标不可达的问题；当环境中存在多个障碍物且分布复杂时，算法的避障效果也会大打折扣，路径规划的效率和质量受到严重影响。

为了使机器人能够在复杂动态环境中更加智能、高效地完成任务，对人工势场算法进行改进就显得尤为迫切。通过优化算法的数学模型、改进斥力函数的设计、引入新的机制来避免局部极小值等方法，可以显著提升算法的性能，使其能够更好地适应复杂环境的挑战，为机器人的广泛应用提供更坚实的技术支撑。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

function [] = circle(Xsum,r)

for i = 2:length(Xsum)

rectangle('Position',[Xsum(i,1)-r,Xsum(i,2)-r,2*r,2*r],'Curvature',[1,1],'edgecolor','b','linestyle','-.'),axis equal

end

%'facecolor','r' 内部填充颜色

%'edgecolor','r' 边框颜色

end

🔗 参考文献

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🌟 各类智能优化算法改进及应用

生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化、背包问题、风电场布局、时隙分配优化、最佳分布式发电单元分配、多阶段管道维修、工厂-中心-需求点三级选址问题、应急生活物质配送中心选址、基站选址、道路灯柱布置、枢纽节点部署、输电线路台风监测装置、集装箱调度、机组优化、投资优化组合、云服务器组合优化、天线线性阵列分布优化、CVRP问题、VRPPD问题、多中心VRP问题、多层网络的VRP问题、多中心多车型的VRP问题、动态VRP问题、双层车辆路径规划（2E-VRP）、充电车辆路径规划（EVRP）、油电混合车辆路径规划、混合流水车间问题、订单拆分调度问题、公交车的调度排班优化问题、航班摆渡车辆调度问题、选址路径规划问题、港口调度、港口岸桥调度、停机位分配、机场航班调度、泄漏源定位、冷链、时间窗、多车场等、选址优化、港口岸桥调度优化、交通阻抗、重分配、停机位分配、机场航班调度、通信上传下载分配优化

🌟 机器学习和深度学习时序、回归、分类、聚类和降维

2.1 bp时序、回归预测和分类

2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类

2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类

2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类

2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类

2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类

2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类

2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类

2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类

2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类

2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测

2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类

2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类

2.14 PNN脉冲神经网络分类

2.15 模糊小波神经网络预测和分类

2.16 时序、回归预测和分类

2.17 时序、回归预测预测和分类

2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类

2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类

方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断

🌟图像处理方面

图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知

🌟 路径规划方面

旅行商问题（TSP）、车辆路径问题（VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等）、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、充电车辆路径规划（EVRP）、双层车辆路径规划（2E-VRP）、油电混合车辆路径规划、船舶航迹规划、全路径规划规划、仓储巡逻、公交车时间调度、水库调度优化、多式联运优化

🌟 无人机应用方面

无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化、车辆协同无人机路径规划、

🌟 通信方面

传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化、水声通信、通信上传下载分配

🌟 信号处理方面

信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化、心电信号、DOA估计、编码译码、变分模态分解、管道泄漏、滤波器、数字信号处理+传输+分析+去噪、数字信号调制、误码率、信号估计、DTMF、信号检测

🌟电力系统方面

微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置、有序充电、MPPT优化、家庭用电、电/冷/热负荷预测、电力设备故障诊断、电池管理系统（BMS）SOC/SOH估算（粒子滤波/卡尔曼滤波）、多目标优化在电力系统调度中的应用、光伏MPPT控制算法改进（扰动观察法/电导增量法）、电动汽车充放电优化、微电网日前日内优化、储能优化、家庭用电优化、供应链优化\智能电网分布式能源经济优化调度，虚拟电厂，能源消纳，风光出力，控制策略，多目标优化，博弈能源调度，鲁棒优化

电力系统核心问题经济调度：机组组合、最优潮流、安全约束优化。新能源消纳：风光储协同规划、弃风弃光率量化、爬坡速率约束建模多能耦合系统：电-气-热联合调度、P2G与储能容量配置新型电力系统关键技术灵活性资源：虚拟电厂、需求响应、V2G车网互动、分布式储能优化稳定与控制：惯量支撑策略、低频振荡抑制、黑启动预案设计低碳转型：碳捕集电厂建模、绿氢制备经济性分析、LCOE度电成本核算风光出力预测：LSTM/Transformer时序预测、预测误差场景生成（GAN/蒙特卡洛）不确定性优化：鲁棒优化、随机规划、机会约束建模能源流分析、PSASP复杂电网建模，经济调度，算法优化改进，模型优化，潮流分析，鲁棒优化，创新点，文献复现微电网配电网规划，运行调度，综合能源，混合储能容量配置，平抑风电波动，多目标优化，静态交通流量分配，阶梯碳交易，分段线性化，光伏混合储能VSG并网运行，构网型变流器，虚拟同步机等包括混合储能HESS：蓄电池+超级电容器，电压补偿,削峰填谷，一次调频，功率指令跟随，光伏储能参与一次调频，功率平抑，直流母线电压控制；MPPT最大功率跟踪控制，构网型储能，光伏，微电网调度优化，新能源，虚拟同同步机，VSG并网，小信号模型