基于人工势场的机器人绕障碍路径规划 - ‘GradientBasedPliner.m‘与‘Po...

联系QQ8762239652025-12-11 9:07

基于人工势场的机器人绕障碍路径规划文件列表： GradientBasedPlanner.m PotentialFieldScript.m evaluate_v2.p submit.m

人工势场法这玩意儿在机器人路径规划里算是经典操作了。今天咱们直接扒开代码看看怎么用MATLAB实现机器人绕障，重点说说那些让小白头秃的实现细节。先甩个场景：红色是障碍物，绿色是目标点，机器人得从蓝色三角位置麻溜儿地绕过去。

先看PotentialFieldScript.m里的核心逻辑。引力场计算简单粗暴，就是朝着目标点怼个吸引力。代码里写着：

matlab 复制代码

% 引力计算
attractive = alpha * (goal - current_pos);

alpha这个参数你要是手滑设大了，机器人直接百米冲刺怼障碍物脸上。不过真正的坑在斥力场------障碍物周围得造个"安全气囊"对吧？来看这段：

matlab 复制代码

% 斥力计算
for k = 1:size(obstacles,2)
    dist = norm(current_pos - obstacles(:,k));
    if dist < beta
        repulsive = repulsive + gamma*(1/dist - 1/beta)*(1/dist^3)*(current_pos - obstacles(:,k));
    end
end

beta是斥力作用范围，gamma控制斥力强度。这里有个隐藏bug：当机器人离障碍物太近时，dist趋近于零会导致数值爆炸。实战中得加个最小值保护，比如dist = max(dist, 0.1)。

梯度下降的实现才是重头戏，打开GradientBasedPlanner.m，这个while循环是关键：

matlab 复制代码

while iter < max_iters
    [grad_x, grad_y] = computeGradient(...);
    next_pos = current_pos - step_size * [grad_x, grad_y];
    
    if norm(next_pos - current_pos) < epsilon
        break;
    end
    % 路径点存储
end

step_size选大了直接飞过目标点，选小了卡在半路。这里教个野路子：动态调整步长，离目标近的时候自动缩小步长，就像老司机踩刹车。

实测时会遇到经典问题------局部极小值。比如机器人卡在两个障碍物中间摆烂。这时候得使点阴招，代码里可以加个随机扰动：

matlab 复制代码

if stuck_counter > 50
    current_pos = current_pos + randn(2,1)*0.3; 
    stuck_counter = 0;
end

当然这会让路径变得不那么优雅，但总比卡死强对吧？毕竟现实中的机器人也没规定必须走直线。

最后说个新手容易翻车的地方------势场参数调整。别信论文里的推荐值，自己拿着PotentialFieldScript.m里的滑块多调几次：alpha从0.5开始慢慢加，gamma先设个10试试，beta根据障碍物密度来。记住参数之间会互相影响，调参时准备好咖啡就完事了。