机器人局部避障的动态窗口法(dynamic window approach) (转)
源:机器人局部避障的动态窗口法(dynamic window approach)
首先在V_m∩V_d的范围内采样速度:
allowable_v = generateWindow(robotV, robotModel)
allowable_w = generateWindow(robotW, robotModel)
然后根据能否及时刹车剔除不安全的速度:
for each v in allowable_v
for each w in allowable_w
dist = find_dist(v,w,laserscan,robotModel)
breakDist = calculateBreakingDistance(v)//刹车距离
if (dist > breakDist) //如果能够及时刹车,该对速度可接收
如果这组速度可接受,接下来利用评价函数对其评价,找到最优的速度组
来源:http://adrianboeing.blogspot.com/2012/05/dynamic-window-algorithm-motion.html
BEGIN DWA(robotPose,robotGoal,robotModel)
laserscan = readScanner()
allowable_v = generateWindow(robotV, robotModel)
allowable_w = generateWindow(robotW, robotModel)
for each v in allowable_v
for each w in allowable_w
dist = find_dist(v,w,laserscan,robotModel)
breakDist = calculateBreakingDistance(v)
if (dist > breakDist) //can stop in time
heading = hDiff(robotPose,goalPose, v,w)
//clearance与原论文稍不一样
clearance = (dist-breakDist)/(dmax - breakDist)
cost = costFunction(heading,clearance, abs(desired_v - v))
if (cost > optimal)
best_v = v
best_w = w
optimal = cost
set robot trajectory to best_v, best_w
END
(转载请注明作者和出处:http://blog.csdn.net/heyijia0327 未经允许请勿用于商业用途)
参考:
dwa:
1.Fox.《The Dynamic Window Approach To CollisionAvoidance》
2.MarijaSeder. 《dynamic window based approach tomobile robot motion control in the presence of moving obstacles》
3.http://adrianboeing.blogspot.com/2012/05/dynamic-window-algorithm-motion.html
运动模型:
4. http://adrianboeing.blogspot.com.au/2010/09/circular-motion-in-2d-for-graphics-and.html
5.https://www.cs.princeton.edu/courses/archive/fall11/cos495/COS495-Lecture5-Odometry.pdf
6.http://rossum.sourceforge.net/papers/DiffSteer/
最后贴出matlab仿真代码:
% -------------------------------------------------------------------------
%
% File : DynamicWindowApproachSample.m
%
% Discription : Mobile Robot Motion Planning with Dynamic Window Approach
%
% Environment : Matlab
%
% Author : Atsushi Sakai
%
% Copyright (c): Atsushi Sakai
%
% License : Modified BSD Software License Agreement
% ------------------------------------------------------------------------- function [] = DynamicWindowApproachSample() close all;
clear all; disp('Dynamic Window Approach sample program start!!') x=[ pi/ ]';% 机器人的初期状态[x(m),y(m),yaw(Rad),v(m/s),w(rad/s)]
goal=[,];% 目标点位置 [x(m),y(m)]
% 障碍物位置列表 [x(m) y(m)]
% obstacle=[ ;
% ;
% ;
% ;
% ;
% ;
%
%
%
% ];
obstacle=[ ;
;
;
;
;
; ]; obstacleR=0.5;% 冲突判定用的障碍物半径
global dt; dt=0.1;% 时间[s] % 机器人运动学模型
% 最高速度m/s],最高旋转速度[rad/s],加速度[m/ss],旋转加速度[rad/ss],
% 速度分辨率[m/s],转速分辨率[rad/s]]
Kinematic=[1.0,toRadian(20.0),0.2,toRadian(50.0),0.01,toRadian()]; % 评价函数参数 [heading,dist,velocity,predictDT]
evalParam=[0.05,0.2,0.1,3.0];
area=[- - ];% 模拟区域范围 [xmin xmax ymin ymax] % 模拟实验的结果
result.x=[];
tic;
% movcount=;
% Main loop
for i=:
% DWA参数输入
[u,traj]=DynamicWindowApproach(x,Kinematic,goal,evalParam,obstacle,obstacleR);
x=f(x,u);% 机器人移动到下一个时刻 % 模拟结果的保存
result.x=[result.x; x']; % 是否到达目的地
if norm(x(:)-goal')<0.5
disp('Arrive Goal!!');break;
end %====Animation====
hold off;
ArrowLength=0.5;%
% 机器人
quiver(x(),x(),ArrowLength*cos(x()),ArrowLength*sin(x()),'ok');hold on;
plot(result.x(:,),result.x(:,),'-b');hold on;
plot(goal(),goal(),'*r');hold on;
plot(obstacle(:,),obstacle(:,),'*k');hold on;
% 探索轨迹
if ~isempty(traj)
for it=:length(traj(:,))/
ind=+(it-)*;
plot(traj(ind,:),traj(ind+,:),'-g');hold on;
end
end
axis(area);
grid on;
drawnow;
%movcount=movcount+;
%mov(movcount) = getframe(gcf);%
end
toc
%movie2avi(mov,'movie.avi'); function [u,trajDB]=DynamicWindowApproach(x,model,goal,evalParam,ob,R) % Dynamic Window [vmin,vmax,wmin,wmax]
Vr=CalcDynamicWindow(x,model); % 评价函数的计算
[evalDB,trajDB]=Evaluation(x,Vr,goal,ob,R,model,evalParam); if isempty(evalDB)
disp('no path to goal!!');
u=[;];return;
end % 各评价函数正则化
evalDB=NormalizeEval(evalDB); % 最终评价函数的计算
feval=[];
for id=:length(evalDB(:,))
feval=[feval;evalParam(:)*evalDB(id,:)'];
end
evalDB=[evalDB feval]; [maxv,ind]=max(feval);% 最优评价函数
u=evalDB(ind,:)';% function [evalDB,trajDB]=Evaluation(x,Vr,goal,ob,R,model,evalParam)
%
evalDB=[];
trajDB=[];
for vt=Vr():model():Vr()
for ot=Vr():model():Vr()
% 轨迹推测; 得到 xt: 机器人向前运动后的预测位姿; traj: 当前时刻 到 预测时刻之间的轨迹
[xt,traj]=GenerateTrajectory(x,vt,ot,evalParam(),model); %evalParam(),前向模拟时间;
% 各评价函数的计算
heading=CalcHeadingEval(xt,goal);
dist=CalcDistEval(xt,ob,R);
vel=abs(vt);
% 制动距离的计算
stopDist=CalcBreakingDist(vel,model);
if dist>stopDist %
evalDB=[evalDB;[vt ot heading dist vel]];
trajDB=[trajDB;traj];
end
end
end function EvalDB=NormalizeEval(EvalDB)
% 评价函数正则化
if sum(EvalDB(:,))~=
EvalDB(:,)=EvalDB(:,)/sum(EvalDB(:,));
end
if sum(EvalDB(:,))~=
EvalDB(:,)=EvalDB(:,)/sum(EvalDB(:,));
end
if sum(EvalDB(:,))~=
EvalDB(:,)=EvalDB(:,)/sum(EvalDB(:,));
end function [x,traj]=GenerateTrajectory(x,vt,ot,evaldt,model)
% 轨迹生成函数
% evaldt:前向模拟时间; vt、ot当前速度和角速度;
global dt;
time=;
u=[vt;ot];% 输入值
traj=x;% 机器人轨迹
while time<=evaldt
time=time+dt;% 时间更新
x=f(x,u);% 运动更新
traj=[traj x];
end function stopDist=CalcBreakingDist(vel,model)
% 根据运动学模型计算制动距离,这个制动距离并没有考虑旋转速度,不精确吧!!!
global dt;
stopDist=;
while vel>
stopDist=stopDist+vel*dt;% 制动距离的计算
vel=vel-model()*dt;%
end function dist=CalcDistEval(x,ob,R)
% 障碍物距离评价函数 dist=;
for io=:length(ob(:,))
disttmp=norm(ob(io,:)-x(:)')-R;%僷僗偺埵抲偲忈奞暔偲偺僲儖儉岆嵎傪寁嶼
if dist>disttmp% 离障碍物最小的距离
dist=disttmp;
end
end % 障碍物距离评价限定一个最大值,如果不设定,一旦一条轨迹没有障碍物,将太占比重
if dist>=*R
dist=*R;
end function heading=CalcHeadingEval(x,goal)
% heading的评价函数计算 theta=toDegree(x());% 机器人朝向
goalTheta=toDegree(atan2(goal()-x(),goal()-x()));% 目标点的方位 if goalTheta>theta
targetTheta=goalTheta-theta;% [deg]
else
targetTheta=theta-goalTheta;% [deg]
end heading=-targetTheta; function Vr=CalcDynamicWindow(x,model)
%
global dt;
% 车子速度的最大最小范围
Vs=[ model() -model() model()]; % 根据当前速度以及加速度限制计算的动态窗口
Vd=[x()-model()*dt x()+model()*dt x()-model()*dt x()+model()*dt]; % 最终的Dynamic Window
Vtmp=[Vs;Vd];
Vr=[max(Vtmp(:,)) min(Vtmp(:,)) max(Vtmp(:,)) min(Vtmp(:,))]; function x = f(x, u)
% Motion Model
% u = [vt; wt];当前时刻的速度、角速度
global dt; F = [ ]; B = [dt*cos(x())
dt*sin(x())
dt ]; x= F*x+B*u; function radian = toRadian(degree)
% degree to radian
radian = degree/*pi; function degree = toDegree(radian)
% radian to degree
degree = radian/pi*;
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