[發明專利]一種基于人工勢場算法的多智能體集群避障方法

在審

• 申請號: 202211067402.4
• 申請日: 2022-09-01
• 公開（公告）號: CN115480587A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 班曉軍;高大偉;盧鴻謙;尹航
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 郭瑩瑩

1.一種基于人工勢場算法的多智能體集群避障方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1.明確初始信息，包括地圖信息和智能體初始信息；

S2.設計人工勢場函數；

S3.利用坐標轉換，設計單純施加法向控制力的人工勢場算法；

S4.增加一個速度負反饋；

S5.進行仿真試驗。

2.根據權利要求1所述的一種基于人工勢場算法的多智能體集群避障方法，其特征在于：所述S1的初始信息具體包括：目標點坐標q_g，障礙物個數及其坐標q_r，智能體個數及其起始坐標q，各智能體初速度V₀。

3.根據權利要求1所述的一種基于人工勢場算法的多智能體集群避障方法，其特征在于：所述S2.設計人工勢場函數，根據人工勢場算法原理，設計各部分勢場函數U，并根據勢場函數的負梯度，即F＝-▽U，得到各部分對應的勢場力F，具體包括以下步驟：

S21.目標點引力勢場函數U_att、目標點引力F_att：

U_att＝k_att×(q-q_g)²/2；

F_att＝-▽U_att＝-k_att(q-q_g)；

其中，U_att為目標點的引力場，k_att為引力系數，q為當前智能體的位置，q_g為目標點位置；

S22.障礙物斥力勢場函數U_rep、障礙物斥力F_rep：

其中，k_rep為斥力系數，q_r為障礙物位置，d_r為障礙物的斥力影響距離；

S23.虛擬中心引力勢場函數U_attmid、虛擬中心引力F_attmid：

U_attmid＝k_att×(q-q_mid)²/2；

F_attmid＝-▽U_attmid＝-k_att(q-q_mid)；

其中，U_attmid為虛擬中心的引力場，k_att為引力系數，q為當前智能體的位置，q_mid為虛擬中心的位置；

虛擬中心取為所有智能體的中心點：

S24.智能體斥力勢場函數U_repi、智能體斥力F_repi：

其中，U_repi為智能體斥力勢場，q_i為施加斥力的智能體的位置，d₀為智能體的影響距離。

4.根據權利要求3所述的一種基于人工勢場算法的多智能體集群避障方法，其特征在于：所述S2還包括S25.優先距離約束任務的改進：

當多智能體運動過程中存在智能體與虛擬中心的距離大于某一值時，需要減小目標點對智能體的引力，使智能體優先滿足距離約束。

即智能體受到目標點的引力為：

其中d為設定的優先進行距離約束的距離。

5.根據權利要求1所述的一種基于人工勢場算法的多智能體集群避障方法，其特征在于：所述S3具體為，利用坐標轉換，將依照S2人工勢場算法所得到的控制力轉換為單純施加法向控制力的人工勢場算法；其轉換方式為：

其中，為控制力在地面坐標系的坐標表示，為控制力在彈道坐標系上的坐標表示，為更新后的單純施加法向控制力方法的控制力；

同時，為避免特殊情況下人工勢場算法失效的問題，加入一個附加系數k到控制力中，最終更新后的控制力為：

6.根據權利要求1所述的一種基于人工勢場算法的多智能體集群避障方法，其特征在于：所述S4具體為：為增加智能體運行穩定性，為控制力部分增加一個速度負反饋，最終智能體運動過程中所受合力為：

F＝F_att+F_rep+F_attmid+F_repi-k_v*V；

其中，V為智能體速度，k_v為速度反饋系數。