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人工勢(shì)場(chǎng)算法是一種模擬物理力場(chǎng)的算法，它的基本思想是將機(jī)器人在周?chē)h(huán)境中的運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)成一種抽象的人造引力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，目標(biāo)點(diǎn)對(duì)移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)生“引力”，障礙物對(duì)移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)生“斥力”，最后通過(guò)求合力來(lái)控制移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。

（1）傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)算法原理

無(wú)人車(chē)在行駛途中最大的人工勢(shì)場(chǎng)引力源自目標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)勢(shì)力場(chǎng)為零時(shí)，兩者之間距離為零，表示車(chē)輛已到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。無(wú)人車(chē)只有在障礙物勢(shì)場(chǎng)范圍內(nèi)才會(huì)受到斥力勢(shì)場(chǎng)的影響，在障礙物勢(shì)場(chǎng)范圍內(nèi)，無(wú)人車(chē)受到的勢(shì)場(chǎng)斥力與無(wú)人車(chē)和障礙物之間的距離成反比。勢(shì)力場(chǎng)函數(shù)用于描述運(yùn)行過(guò)程中目標(biāo)點(diǎn)和障礙物對(duì)無(wú)人車(chē)產(chǎn)生的影響，需要考慮無(wú)人車(chē)向目標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)的效率問(wèn)題來(lái)構(gòu)建專(zhuān)門(mén)的函數(shù)衡量勢(shì)場(chǎng)的大小。

在構(gòu)建的虛擬人工勢(shì)場(chǎng)中，無(wú)人車(chē)受到的力是障礙物的斥力和目標(biāo)點(diǎn)的引力的合力，該合力為矢量，合力的方向決定了無(wú)人車(chē)的行駛方向。障礙物的數(shù)量可能不止一個(gè)，因此無(wú)人車(chē)可能會(huì)受到多個(gè)斥力作用，在使用人工勢(shì)場(chǎng)算法做路徑規(guī)劃時(shí)，要將無(wú)人車(chē)受到的所有斥力和引力按矢量運(yùn)算原則相加，在合力的作用下向目標(biāo)點(diǎn)靠近。

（2）傳統(tǒng)人工勢(shì)場(chǎng)算法井下應(yīng)用存在的問(wèn)題

人工勢(shì)場(chǎng)算法起初主要應(yīng)用于機(jī)器人局部路徑規(guī)劃，隨著無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展才逐漸應(yīng)用于地面車(chē)輛的路徑規(guī)劃中。機(jī)器人在使用人工勢(shì)場(chǎng)法進(jìn)行路徑規(guī)劃時(shí)很少考慮道路的約束，但是無(wú)人車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是時(shí)變的，障礙物數(shù)量、形狀和位置也具有不可預(yù)知性，導(dǎo)致無(wú)人車(chē)在構(gòu)建的虛擬勢(shì)場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)局部最優(yōu)解和目標(biāo)不可達(dá)問(wèn)題。當(dāng)無(wú)人車(chē)在某個(gè)引力與斥力大小相等，方向相反的位置時(shí)，無(wú)人車(chē)受力為零，陷入局部最優(yōu)解。當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)與障礙物之間的距離較近時(shí)，斥力非常大，引力相對(duì)較小，導(dǎo)致無(wú)人車(chē)出現(xiàn)目標(biāo)不可達(dá)。在地面無(wú)人駕駛車(chē)輛的路徑規(guī)劃過(guò)程中，經(jīng)典的做法是建立車(chē)道線(xiàn)勢(shì)場(chǎng)，此前也有研究人員將人工勢(shì)場(chǎng)算法用于煤礦機(jī)器人的路徑規(guī)劃，但是沒(méi)有考慮巷道的約束，故難以直接用于無(wú)軌膠輪車(chē)在井下巷道內(nèi)的無(wú)人駕駛。