【路径规划】基于matlab DWA算法机器人局部避障路径规划【含Matlab源码 890期】.zip

% ------------------------------------------------------------------------- % % File : DynamicWindowApproachSample.m % % Discription : Mobile Robot Motion Planning with Dynamic Window Approach % % Environment : Matlab % ------------------------------------------------------------------------- function [] = DynamicWindowApproachSample() close all; clear all; disp('Dynamic Window Approach sample program start!!') %% 机器人的初期状态[x(m),y(m),yaw(Rad),v(m/s),w(rad/s)] % x=[0 0 pi/2 0 0]'; % 5x1矩阵 列矩阵 位置 0，0 航向 pi/2 ,速度、角速度均为0 x = [0 0 pi/10 0 0]'; % 下标宏定义 状态[x(m),y(m),yaw(Rad),v(m/s),w(rad/s)] POSE_X = 1; %坐标 X POSE_Y = 2; %坐标 Y YAW_ANGLE = 3; %机器人航向角 V_SPD = 4; %机器人速度 W_ANGLE_SPD = 5; %机器人角速度 goal = [10,10]; % 目标点位置 [x(m),y(m)] % 障碍物位置列表 [x(m) y(m)] obstacle=[0 2; 2 4; 2 5; 4 2; % 4 4; 5 4; % 5 5; 5 6; 5 9 8 8 8 9 7 9]; % obstacle=[0 2; % 4 2; % 4 4; % 5 4; % 5 5; % 5 6; % 5 9 % 8 8 % 8 9 % 7 9 % 6 5 % 6 3 % 6 8 % 6 7 % 7 4 % 9 8 % 9 11 % 9 6]; obstacleR = 0.5;% 冲突判定用的障碍物半径 global dt; dt = 0.1;% 时间[s] % 机器人运动学模型参数 % 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(1)]; %定义Kinematic的下标含义 MD_MAX_V = 1;% 最高速度m/s] MD_MAX_W = 2;% 最高旋转速度[rad/s] MD_ACC = 3;% 加速度[m/ss] MD_VW = 4;% 旋转加速度[rad/ss] MD_V_RESOLUTION = 5;% 速度分辨率[m/s] MD_W_RESOLUTION = 6;% 转速分辨率[rad/s]] % 评价函数参数 [heading,dist,velocity,predictDT] % 航向得分的比重、距离得分的比重、速度得分的比重、向前模拟轨迹的时间 evalParam = [0.05, 0.2 ,0.1, 3.0]; area = [-1 11 -1 11];% 模拟区域范围 [xmin xmax ymin ymax] % 模拟实验的结果 result.x=[]; %累积存储走过的轨迹点的状态值 tic; % 估算程序运行时间开始 % movcount=0; %% Main loop 循环运行 5000次 指导达到目的地 或者 5000次运行结束 for i = 1:5000 % DWA参数输入 返回控制量 u = [v(m/s),w(rad/s)] 和 轨迹 [u,traj] = DynamicWindowApproach(x,Kinematic,goal,evalParam,obstacle,obstacleR); x = f(x,u);% 机器人移动到下一个时刻的状态量 根据当前速度和角速度推导 下一刻的位置和角度 % 历史轨迹的保存 result.x = [result.x; x']; %最新结果 以列的形式 添加到result.x % 是否到达目的地 if norm(x(POSE_X:POSE_Y)-goal')<0.5 % norm函数来求得坐标上的两个点之间的距离 disp('Arrive Goal!!');break; end %====Animation==== hold off; % 关闭图形保持功能。 新图出现时，取消原图的显示。 ArrowLength = 0.5; % 箭头长度 % 机器人 % quiver(x,y,u,v) 在 x 和 y 中每个对应元素对组所指定的坐标处将向量绘制为箭头 quiver(x(POSE_X), x(POSE_Y), ArrowLength*cos(x(YAW_ANGLE)), ArrowLength*sin(x(YAW_ANGLE)), 'ok'); % 绘制机器人当前位置的航向箭头 hold on; %启动图形保持功能，当前坐标轴和图形都将保持，从此绘制的图形都将添加在这个图形的基础上，并自动调整坐标轴的范围 plot(result.x(:,POSE_X),result.x(:,POSE_Y),'-b');hold on; % 绘制走过的所有位置 所有历史数据的 X、Y坐标 plot(goal(1),goal(2),'*r');hold on; % 绘制目标位置 %plot(obstacle(:,1),obstacle(:,2),'*k');hold on; % 绘制所有障碍物位置 DrawObstacle_plot(obstacle,obstacleR); % 探索轨迹 画出待评价的轨迹 if ~isempty(traj) %轨迹非空 for it=1:length(traj(:,1))/5 %计算所有轨迹数 traj 每5行数据 表示一条轨迹点 ind = 1+(it-1)*5; %第 it 条轨迹对应在traj中的下标 plot(traj(ind,:),traj(ind+1,:),'-g');hold on; %根据一条轨迹的点串画出轨迹 traj(ind,:) 表示第ind条轨迹的所有x坐标值 traj(ind+1,:)表示第ind条轨迹的所有y坐标值 end end axis(area); %根据area设置当前图形的坐标范围，分别为x轴的最小、最大值，y轴的最小最大值 grid on; drawnow; %刷新屏幕. 当代码执行时间长，需要反复执行plot时，Matlab程序不会马上把图像画到figure上，这时，要想实时看到图像的每一步变化情况，需要使用这个语句。 %movcount = movcount+1; %mov(movcount) = getframe(gcf);% 记录动画帧 end toc %输出程序运行时间 形式：时间已过 ** 秒。 %movie2avi(mov,'movie.avi'); %录制过程动画 保存为 movie.avi 文件 %% 绘制所有障碍物位置 % 输入参数：obstacle 所有障碍物的坐标 obstacleR 障碍物的半径 function [] = DrawObstacle_plot(obstacle,obstacleR) r = obstacleR; theta = 0:pi/20:2*pi; for id=1:length(obstacle(:,1)) x = r * cos(theta) + obstacle(id,1); y = r *sin(theta) + obstacle(id,2); plot(x,y,'-m');hold on; end % plot(obstacle(:,1),obstacle(:,2),'*m');hold on; % 绘制所有障碍物位置 %% DWA算法实现 % model 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]] % 输入参数：当前状态、模型参数、目标点、评价函数的参数、障碍物位置、障碍物半径 % 返回参数：控制量 u = [v(m/s),w(rad/s)] 和 轨迹集合 N * 31 （N：可用的轨迹数） % 选取最优参数的物理意义：在局部导航过程中，使得机器人避开障碍物，朝着目标以较快的速度行驶。 function [u,trajDB] = DynamicWindowApproach(x,model,goal,evalParam,ob,R) % Dynamic Window [vmin,vmax,wmin,wmax] 最小速度 最大速度 最小角速度 最大角速度速度 Vr = CalcDynamicWindow(x,model); % 根据当前状态 和 运动模型 计算当前的参数允许范围 % 评价函数的计算 evalDB N*5 每行一组可用参数 分别为 速度、角速度、航向得分、距离得分、速度得分 % trajDB 每5行一条轨迹 每条轨迹都有状态x点串组成 [evalDB,trajDB]= Evaluation(x,Vr,goal,ob,R,model,evalParam); %evalParam 评价函数参数 [heading,dist,velocity,predictDT] if isempty(evalDB) disp('no path to goal!!'); u=[0;0];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=1:length(evalDB(:,1)) feval = [feval;evalParam(1:3)*evalDB(id,3:5)']; %根据评价函数参数 前三个参数分配的权重 计算每一组可用的路径参数信息的得分 end evalDB = [evalDB feval]; % 最后一组 [maxv,ind] = max(feval);% 选取评分最高的参数 对应分数返回给 maxv 对应下标返回给 ind u = evalDB(ind,1:2)';% 返回最优参数的速度、角速度 %% 评价函数 内部负责产生可用轨迹 % 输入参数 ：当前状态、参数允许范围（窗口）、目标点、障碍物位置、障碍物半径、评价函数的参数 % 返回参数： % evalDB N*5 每行一组可用参数 分别为 速度、角速度、航向得分、距离得分、速度得分 % trajDB 每5行一条轨迹 每条轨迹包含 前向预测时间/dt + 1 = 31 个轨迹点（见生成轨迹函数） function [evalDB,trajDB] = Evaluation(x,Vr,goal,ob,R,model,evalParam) evalDB = []; trajDB = []; for vt = Vr(1):model(5):Vr(2) %根据速度分辨率遍历所有可用速度： 最小速度和最大速度 之间 速度分辨率 递增 for ot=Vr(3):model(6):Vr(4) %根据角度分辨率遍历所有可用角速度： 最小角速度和最大角速度 之间 角度分辨率 递增 % 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（由轨迹点组成） [xt,traj] = GenerateTrajectory(x,vt,ot,evalParam(4),model); %evalParam(4),前向模拟时间; % 各评价函数的计算 heading = CalcHeadingEval(xt,goal); % 前项预测终点的航向得分 偏差越小分数越高 dist = CalcDistEval(xt,ob,R); % 前项预测终点 距离最近障碍物的间隙得分 距离越远分数越高 vel = abs(vt); % 速度得分 速度越快分越高 stopDist = CalcBreakingDist(vel,model); % 制动距离的计算 if dist > stopDist % 如果可能撞到最近的障碍物 则舍弃此路径 （到最近障碍物的距离 大于 刹车距离 才取用） evalDB = [evalDB;[vt ot heading dist vel]]; trajDB = [trajDB;traj]; % 每5行 一条轨迹 end