人工勢場法路徑規劃

人工勢場法是由Khatib提出的一種虛擬力法(Oussama Khatib,Real-Time obstacle Avoidance for Manipulators and Mobile Robots. Proc of The 1994 IEEE.)。它的基本思想是將機器人在周圍環境中的運動,設計成一種抽象的人造引力場中的運動,目標點對移動機器人產生“引力”,障礙物對移動機器人產生“斥力”,最後通過求合力來控制移動機器人的運動。應用勢場法規劃出來的路徑一般是比較平滑並且安全,但是這種方法存在局部最優點問題。爲了解決這個問題,許多的學者進行了研究(Gilbert E G,Johnson D.W. Distance functions and their application to robot path planning in the presence of obstacles. IEEE J Robotics and Automation 1985,RA-1(1):21-30):如Rimon,Shahid和Khosla等。他們期望通過建立統一的勢能函數來解決這一問題。但這就要求障礙物最好是規則的,否則算法的計算量將很大,有時甚至是無法計算的。但是,從另一個方面來看,由於人工勢場法在數學描述上簡潔、美觀,這種方法仍然具有很大的吸引力的。其內在的侷限性主要表現在,即當目標附近有障礙物時,移動機器人將永遠也到達不了目的地。在以前的許多研究中,目標和障礙物都離的很遠,當機器人逼近目標時,障礙物的斥力變的很小,甚至可以忽略,機器人將只受到吸引力的作用而直達目標。但在許多實際環境中,往往至少有一個障礙物與目標點離的很近,在這種情況下,當移動機器人逼近目標的同時,它也將向障礙物靠近,如果利用以前對引力場函數和斥力場函數的定義,斥力將比引力大的多,這樣目標點將不是整個勢場的全局最小點,因此移動機器人將不可能到達目標。這樣就存在局部最優解的問題,因此如何設計“引力場”問題就成爲該方法的關鍵。
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