机器人路径规划_人工势场法

原理

人工势场法是由Khatib提出的一种虚拟力法。原理是：将机器人在环境中的运动视为一种机器人在虚拟的人工受力场的运动。障碍物对机器人产生斥力，目标点对机器人产生引力，引力和斥力的合力作为机器人的加速力，来控制机器人的运动方向和计算机器人的位置。

引力场（attraction）随机器人与目标点的距离增加而单调递增，且方向指向目标点；

斥力场（repulsion）

在机器人处在障碍物位置时有一极大值，并随机器人与障碍物距离的增大而单调减小，方向指向远离障碍物方向。

优点

简单实用，良好的实时性

结构简单，便于底层的实时控制，在实时避障和平滑的轨迹控制方面得到广泛的应用。

缺点

1）存在陷阱区域

2）在相近的障碍物群中不能识别路径

3）在障碍物前震荡

4）在狭窄通道中摆动

5）障碍物附近目标不可达

引力势场的范围比较大，而斥力的作用范围只是局部的，当机器人和障碍物的距离超过障碍物影响范围的时候，机器人不受排斥势场的影响。因此，势场法只能解决局部空间的避障问题，它缺乏全局信息，这样，它就很容易陷入局部最小值。所谓局部最小值点，就是在引力势场函数和斥力势场函数的联合分布的空间内，在某些区域，受到多个函数的作用，造成了局部最小点。当机器人位于局部最小点的时候，机器人容易产生振荡或者停滞不前。障碍物越多，产生局部最小点的可能性就越大，产生局部最小点的数量也就越多。

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