[发明专利]一种基于人工势场算法的多智能体集群避障方法

说明书

一种基于人工势场算法的多智能体集群避障方法，属于智能体的路径规划技术领域。提出一种单纯施加法向控制力的三维人工势场算法，来实现多智能体集群避障任务，使得智能体集群能够在行进过程中躲避障碍物，成功到达目标点。S1.明确初始信息，包括地图信息和智能体初始信息；S2.设计人工势场函数；S3.利用坐标转换，设计单纯施加法向控制力的人工势场算法；S4.增加一个速度负反馈。本发明的虚拟中心引力势场和智能体斥力势场的方法实现了多智能体集群的距离约束控制；单纯施加法向控制力的人工势场算法实现了缺少速度切向方向控制力的智能体的避障问题的解决；控制力中增加附加系数的方法解决了特殊情况下人工势场算法失效的问题。

技术领域

本发明属于智能体的路径规划技术领域，具体涉及一种基于人工势场算法的多智能体集群避障方法。

背景技术

避障问题一直是路径规划领域中需要解决的重要问题，要想实现多智能体协同追击的目标，运动过程中的集群与避障问题的解决成为了一个重要的研究方向。目前关于多智能体集群与避障问题的研究主要集中在多无人机协同制导避障方面，并取得了一定的研究成果。但较少有关于多智能体方面的相关研究。而一些智能体存在一定的特殊需求，即施加在智能体上的控制力只能沿着其速度的法向方向，而在沿速度切向方向上没有控制力，这对避障算法提出了一定的要求。

无人机体积小、飞行灵活、易于控制，而本专利所针对的智能体是上述特殊需求的智能体，存在一定条件的约束，增加了相关研究的难度。

本专利所研究的智能体人工势场法是一种应用广泛的避障方法，其原理简单，易于实现。但多智能体的集群避障任务的实现不同于普通智能体的避障，主要体现在以下几个方面：

1.多智能体协同。在多智能体执行任务过程中，不同的智能体不是作为单独的个体，而是以集群的方式飞行，这就要求多个智能体在飞行过程中要始终保持一定的距离约束，既不能相距过远，同时智能体之间不能发生碰撞；

2.缺少控制力。本发明中所针对的智能体在避障过程中，无法提供沿智能体速度切向的控制力，因此智能体只能通过速度法向的控制力改变速度方向，进而避开障碍物；

3.人工势场法失效问题。由于缺少速度切向的控制力，当智能体、目标点、障碍物处于同一直线时，人工势场法会失效，导致智能体与障碍物碰撞。

基于以上几个问题，传统的人工势场算法无法直接应用于多智能体集群避障的实现，需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于提出一种单纯施加法向控制力的三维人工势场算法，来实现多智能体集群避障任务，使得智能体集群能够在行进过程中躲避障碍物，成功到达目标点。

本发明所采取的技术方案是：一种基于人工势场算法的多智能体集群避障方法，包括以下步骤：

S1.明确初始信息，包括地图信息和智能体初始信息；

S2.设计人工势场函数；

S3.利用坐标转换，设计单纯施加法向控制力的人工势场算法；

S4.增加一个速度负反馈；

S5.进行仿真试验。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明对传统的人工势场法做出了改进，设计的虚拟中心引力势场和智能体斥力势场的方法实现了多智能体集群的距离约束控制；设计的单纯施加法向控制力的人工势场算法实现了缺少速度切向方向控制力的智能体的避障问题的解决；设计的控制力中增加附加系数的方法解决了特殊情况下人工势场算法失效的问题。实现了在缺少速度切向控制力的情况下，能够完成多智能体集群避障飞行，同时解决了在特殊情况下人工势场法可能会失效的问题。

附图说明

图1是本发明避障方法的算法设计流程图；