人工场势法路径规划三维代码

时间: 2023-10-26 18:07:38 浏览: 42
以下是一个简单的三维人工势场法路径规划的示例代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D # 障碍物的位置和半径 obstacle_pos = np.array([[-5, 5, 5], [5, -5, 5], [5, 5, -5]]) obstacle_r = np.array([2, 2, 2]) # 目标点和起始点 goal_pos = np.array([10, 10, 10]) start_pos = np.array([-10, -10, -10]) # 路径规划的参数 alpha = 100 # 斥力系数 beta = 0.1 # 引力系数 delta_t = 0.1 # 时间步长 max_iter = 500 # 最大迭代次数 epsilon = 0.1 # 判断是否到达目标点的阈值 def get_potential_field(pos): """ 计算当前位置的势场 """ # 引力项 F_att = -beta * (pos - goal_pos) # 斥力项 F_rep = np.zeros(3) for i in range(len(obstacle_pos)): dist = np.linalg.norm(pos - obstacle_pos[i]) if dist < obstacle_r[i]: F_rep += alpha * ((1 / dist) - (1 / obstacle_r[i])) * ((pos - obstacle_pos[i]) / (dist ** 3)) return F_att + F_rep def path_planning(): """ 路径规划 """ pos = start_pos path = [pos] for i in range(max_iter): # 计算当前位置的势场 F = get_potential_field(pos) # 更新位置 pos = pos + delta_t * F # 将新的位置加入路径中 path.append(pos) # 判断是否到达目标点 if np.linalg.norm(pos - goal_pos) < epsilon: print("到达目标点!") break return np.array(path) # 生成网格点 x = np.linspace(-15, 15, 30) y = np.linspace(-15, 15, 30) z = np.linspace(-15, 15, 30) X, Y, Z = np.meshgrid(x, y, z) # 计算各个网格点的势场 F_X, F_Y, F_Z = np.zeros_like(X), np.zeros_like(Y), np.zeros_like(Z) for i in range(len(x)): for j in range(len(y)): for k in range(len(z)): F = get_potential_field(np.array([x[i], y[j], z[k]])) F_X[i,j,k], F_Y[i,j,k], F_Z[i,j,k] = F[0], F[1], F[2] # 绘制势场图 fig = plt.figure() ax = fig.add_subplot(111, projection='3d') ax.quiver(X, Y, Z, F_X, F_Y, F_Z, length=0.5, normalize=True, cmap='viridis') ax.scatter(obstacle_pos[:,0], obstacle_pos[:,1], obstacle_pos[:,2], c='r', marker='o') ax.scatter(goal_pos[0], goal_pos[1], goal_pos[2], c='g', marker='o') ax.set_xlabel('X') ax.set_ylabel('Y') ax.set_zlabel('Z') ax.set_xlim(-15, 15) ax.set_ylim(-15, 15) ax.set_zlim(-15, 15) plt.show() # 路径规划 path = path_planning() # 绘制路径 fig = plt.figure() ax = fig.add_subplot(111, projection='3d') ax.plot(path[:,0], path[:,1], path[:,2], 'b') ax.scatter(obstacle_pos[:,0], obstacle_pos[:,1], obstacle_pos[:,2], c='r', marker='o') ax.scatter(goal_pos[0], goal_pos[1], goal_pos[2], c='g', marker='o') ax.set_xlabel('X') ax.set_ylabel('Y') ax.set_zlabel('Z') ax.set_xlim(-15, 15) ax.set_ylim(-15, 15) ax.set_zlim(-15, 15) plt.show() ``` 在这个代码中,我们使用了一个简单的三维场景,包含了三个球形障碍物和一个起点和终点。使用人工势场法,我们计算每个点的势场,然后根据势场的改变来更新机器人的位置,从而规划出一条到达目标点的路径。我们还绘制了势场图和路径图以展示路径规划的结果。

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