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1d 人工势场法路径规划Matlab代码实战

news 2026/6/16 12:35:40

1d人工势场法路径规划matlab代码自己手写的人工势场法路径规划matlab代码，通过设定目标点和起始点，人工势场法进行路径规划，机械臂末端按照规划好的路径移动。通过修改参数可实现最佳配置

在机器人路径规划领域，人工势场法是一种经典且有趣的方法。今天咱就来唠唠自己手写的 1d 人工势场法路径规划的Matlab代码，看看如何让机械臂末端能按照规划好的路径移动。

原理简单说

人工势场法的核心思想，就是把机器人所处的环境想象成一个充满“势力”的空间。目标点产生引力，障碍物产生斥力，机器人就像一个小粒子，在这些力的作用下朝目标点移动。在 1d 的场景下，虽然不像 2d 或者 3d 那样复杂，但同样能体现其精髓。

Matlab 代码实现

% 定义参数 start_point = 0; % 起始点 goal_point = 10; % 目标点 obstacle_point = 5; % 障碍物位置 k_att = 1; % 引力系数 k_rep = 10; % 斥力系数 q = 0.1; % 步长 epsilon = 0.1; % 斥力影响范围参数 % 初始化当前位置 current_point = start_point; path = [current_point]; while abs(current_point - goal_point) > q % 计算引力 attractive_force = k_att * (goal_point - current_point); % 计算斥力 if abs(current_point - obstacle_point) < epsilon repulsive_force = k_rep * (1 / (current_point - obstacle_point) - 1 / epsilon) / (current_point - obstacle_point) ^ 2; else repulsive_force = 0; end % 计算合力 total_force = attractive_force + repulsive_force; % 更新当前位置 current_point = current_point + q * sign(total_force); path = [path, current_point]; end % 绘制路径 figure; plot(path, 'b - o'); xlabel('位置'); ylabel('路径点'); title('1D 人工势场法路径规划');

代码分析

参数定义部分：
-startpoint和goalpoint分别设定了起始点和目标点，这里简单地设置为 0 和 10。
-obstaclepoint定义了障碍物的位置在 5 的地方。
-katt和krep是引力和斥力系数，它们决定了引力和斥力的强度。比如katt = 1，引力的大小就和目标点与当前点的距离成正比。
-q是每次移动的步长，这个值不能太大也不能太小，太大可能错过目标，太小计算量又会增大。
-epsilon是斥力影响范围参数，只有当机器人离障碍物距离小于这个值时，斥力才会起作用。
初始化与循环部分：
- 先初始化当前位置为起始点currentpoint = startpoint，并创建一个path数组来记录走过的路径点。
- 在while循环中，只要当前点和目标点的距离大于步长q，就继续循环。
- 分别计算引力attractiveforce和斥力repulsiveforce。引力很好理解，和目标点与当前点的距离成正比。斥力的计算稍微复杂点，只有在距离障碍物小于epsilon时才有值，距离越近斥力越大。
- 计算出合力totalforce后，根据合力的方向，以步长q更新当前位置currentpoint，并把新的位置记录到path数组中。
绘制部分：