用c++语言写一个DWA算法

时间: 2023-08-04 13:39:19 浏览: 66
好的,下面是一个简单的C++实现DWA算法的示例代码,仅供参考: ```cpp #include <iostream> #include <vector> #include <cmath> #include <algorithm> using namespace std; // 定义机器人的状态结构体 struct RobotState { double x, y, theta, v, w; }; // 定义目标状态结构体 struct TargetState { double x, y, theta; }; // 定义障碍物结构体 struct Obstacle { double x, y, r; }; // 定义动态窗口结构体 struct DynamicWindow { double v_min, v_max, w_min, w_max; vector<double> vs, ws; }; // 定义DWA算法类 class DWA { public: DWA(double _dt, double _v_min, double _v_max, double _w_min, double _w_max, double _a_max, double _yaw_rate_max, double _dist_eps, double _angle_eps) : dt(_dt), v_min(_v_min), v_max(_v_max), w_min(_w_min), w_max(_w_max), a_max(_a_max), yaw_rate_max(_yaw_rate_max), dist_eps(_dist_eps), angle_eps(_angle_eps) {} // 计算机器人当前状态与目标状态之间的距离和角度差 void calcDistAndAngle(const RobotState& robot_state, const TargetState& target_state, double& dist, double& angle) { dist = sqrt(pow(target_state.x - robot_state.x, 2) + pow(target_state.y - robot_state.y, 2)); angle = atan2(target_state.y - robot_state.y, target_state.x - robot_state.x) - robot_state.theta; angle = normalizeAngle(angle); } // 计算机器人在某个速度和转向角下的运动轨迹 vector<RobotState> calcTrajectory(const RobotState& robot_state, double v, double w) { vector<RobotState> traj; traj.push_back(robot_state); for (int i = 0; i < 10; ++i) { RobotState next_state; next_state.x = traj.back().x + v * cos(traj.back().theta) * dt; next_state.y = traj.back().y + v * sin(traj.back().theta) * dt; next_state.theta = traj.back().theta + w * dt; next_state.v = v; next_state.w = w; traj.push_back(next_state); } return traj; } // 计算机器人在某个速度和转向角下的评分 double calcScore(const RobotState& robot_state, const TargetState& target_state, const vector<Obstacle>& obstacles, double v, double w) { double dist, angle; calcDistAndAngle(robot_state, target_state, dist, angle); if (dist > dist_eps || fabs(angle) > angle_eps) { return 0.0; } // 计算机器人在当前速度和转向角下的运动轨迹 vector<RobotState> traj = calcTrajectory(robot_state, v, w); // 计算机器人与障碍物的最小距离 double min_dist = INFINITY; for (const auto& obs : obstacles) { for (const auto& state : traj) { double d = sqrt(pow(obs.x - state.x, 2) + pow(obs.y - state.y, 2)) - obs.r; if (d < min_dist) { min_dist = d; } } } // 根据最小距离和当前速度和转向角计算评分 double dist_score = exp(-min_dist / dist_eps); double vel_score = (v - v_min) / (v_max - v_min); double omega_score = (w - w_min) / (w_max - w_min); return dist_score * vel_score * omega_score; } // 计算机器人的动态窗口 DynamicWindow calcDynamicWindow(const RobotState& robot_state) { double v_prev = robot_state.v; double w_prev = robot_state.w; DynamicWindow dw; dw.v_min = max(v_prev - a_max * dt, v_min); dw.v_max = min(v_prev + a_max * dt, v_max); dw.w_min = max(w_prev - yaw_rate_max * dt, w_min); dw.w_max = min(w_prev + yaw_rate_max * dt, w_max); for (double v = dw.v_min; v <= dw.v_max; v += 0.05) { for (double w = dw.w_min; w <= dw.w_max; w += 0.1) { double score = calcScore(robot_state, target_state, obstacles, v, w); if (score > 0.0) { dw.vs.push_back(v); dw.ws.push_back(w); } } } return dw; } // 选择最优速度和转向角 void selectBestVelocity(const RobotState& robot_state, const TargetState& target_state, const vector<Obstacle>& obstacles, RobotState& next_state) { DynamicWindow dw = calcDynamicWindow(robot_state); double best_score = -INFINITY; double best_v = 0.0; double best_w = 0.0; for (int i = 0; i < dw.vs.size(); ++i) { double score = calcScore(robot_state, target_state, obstacles, dw.vs[i], dw.ws[i]); if (score > best_score) { best_score = score; best_v = dw.vs[i]; best_w = dw.ws[i]; } } next_state = robot_state; next_state.v = best_v; next_state.w = best_w; next_state.theta += best_w * dt; next_state.x += best_v * cos(next_state.theta) * dt; next_state.y += best_v * sin(next_state.theta) * dt; } // 角度归一化到[-pi, pi] double normalizeAngle(double angle) { return atan2(sin(angle), cos(angle)); } // 设置目标状态 void setTargetState(const TargetState& _target_state) { target_state = _target_state; } // 设置障碍物 void setObstacles(const vector<Obstacle>& _obstacles) { obstacles = _obstacles; } private: double dt; // 时间步长 double v_min, v_max; // 速度的最小值和最大值 double w_min, w_max; // 转向角速度的最小值和最大值 double a_max; // 加速度的最大值 double yaw_rate_max; // 转向角速度的最大变化率 double dist_eps; // 距离容差 double angle_eps; // 角度容差 TargetState target_state; // 目标状态 vector<Obstacle> obstacles; // 障碍物 }; int main() { // 初始化机器人状态、目标状态和障碍物 RobotState robot_state = {0, 0, 0, 0, 0}; TargetState target_state = {5, 5, 0}; vector<Obstacle> obstacles = {{2, 2, 1}, {3, 4, 1}, {4, 2, 1}}; // 初始化DWA算法 DWA dwa(0.1, 0.0, 1.0, -M_PI / 2, M_PI / 2, 0.5, M_PI / 4, 0.1, 0.1); dwa.setTargetState(target_state); dwa.setObstacles(obstacles); // 执行DWA算法 while (true) { RobotState next_state; dwa.selectBestVelocity(robot_state, target_state, obstacles, next_state); robot_state = next_state; if (sqrt(pow(target_state.x - robot_state.x, 2) + pow(target_state.y - robot_state.y, 2)) < 0.1) { break; } cout << "Robot state: (" << robot_state.x << ", " << robot_state.y << ", " << robot_state.theta << ")" << endl; } return 0; } ``` 该示例代码实现了一个简单的DWA算法,包括计算机器人与目标状态之间的距离和角度差、计算机器人在某个速度和转向角下的运动轨迹、计算机器人在某个速度和转向角下的评分、计算机器人的动态窗口、选择最优速度和转向角等功能。通过该示例代码,你可以了解到DWA算法的基本思想和实现方法。

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