Метод потенциальных полей

Материал из BrSTU Robotics Wiki
Перейти к: навигация, поиск
Принцип работы метода потенциальных полей

Метод потенциальных полей - простой, низкоуровневый алгоритм навигации робота, заключающийся в том, цель должна притягивать робота, а препятствия, наоборот, отталкивать. Робот вычисляет вектор, который является функцией целевой точки и окружающий препятствий. Итоговый вектор движения робота формируется как суперпозиция векторов притягивания и отталкивания.

Суть метода

Суть метода метода потенциальных полей заключается в том, что каждое препятствие имеет вокруг себя отталкивающее потенциальное поле, сила которого обратно пропорциональна расстоянию до него; так же существует однородная сила притяжения к цели. Через короткие постоянные интервалы времени вычисляется сумма притягивающих и отталкивающих векторов и объект передвигается в этом направлении.

Преимущества и недостатки

Метод потенциальных известен достаточно давно и хорошо исследован. Это один из самых простых и эффективных алгоритмов навигации. В качестве методики определения векторов сопротивления используются достаточно простые формулы из физики. Они рассчитываются только по показаниям сенсоров в текущий момент времени, то есть если робот не видит препятствие, то и сопротивления оно не оказывает. Даже если в памяти робота (на карте) это препятствие присутствует.

Недостатки этого метода вытекают из его достоинств. Этот алгоритм навигации хоть и позволяет достигать цель является "реактивным", а не интеллектуальным. Локальность" алгоритма часто делает его "близоруким" и неэффективным для достижения сложных целей. Так, он часто критикуется за высокую вероятность попадания агента в локальный минимум. Однако, на практике, эта вероятность весьма мала и может быть значительно "уменьшена" за счет дополнительных, высокоуровневых улучшений.

Детальное исследование показало что метод потенциальных полей способен провести робота в любую точку смоделированной окружающей среды. Причём самый главный недостаток метода потенциальных полей – попадание в локальные минимумы встречается настолько редко, по сравнению с временем нормальной работы алгоритма. Таким образом, метод потенциальных полей является достаточно эффективной реализацией простейшей реализацией навигационной системы робота, так и компонентом более сложной навигационной системы.

Траектория движения робота в пространстве суперпозиции потенциальных полей

Использование