基于改进人工势场法的机器人局部路径规划

来源：计算机工程杂志2025年第1期北京时间：

作者：张国胜, 李彩虹, 张耀玉, 周瑞红, 梁振英

单位：山东理工大学计算机科学与技术学院, 山东 淄博 255000

摘要：针对人工势场(APF)法在机器人局部路径规划中存在的局部极小值陷阱和路径冗余等问题, 提出一种基于模糊控制(FC)和虚拟目标点改进人工势场的FC-V-APF算法。首先设计虚拟目标点避障策略, 并加入障碍物跨越机制和目标点更新阈值, 构建V-APF算法引导机器人摆脱陷阱区域; 其次提出基于累计转角和的控制策略, 帮助机器人走出多U型复杂陷阱; 然后针对路径冗余问题, 将V-APF算法与模糊控制算法相结合, 提出FC-V-APF算法, 通过激光雷达传感器的实时数据和权重函数对当前环境进行评估, 选取模糊控制器输出辅助力, 提前规避障碍物。最后在机器人操作系统(ROS)平台上搭建仿真环境对FC-V-APF算法进行路径规划性能的对比实验, 并对路径长度、运行时间和速度曲线等进行比较。实验结果表明, 所设计的FC-V-APF算法能够快速摆脱陷阱, 减少冗余路径, 提高路径平滑度并减少规划时间。

关键词：机器人,局部路径规划,人工势场法,虚拟目标点,模糊控制

基金资助：国家自然科学基金面上项目(61973184); 山东省自然科学基金面上项目(ZR2023MF015); 山东省自然科学基金面上项目(ZR2021MF072)