RoboNavPlanner: 混合A*与PSO的机器人路径规划器

(Hybrid A*-PSO Robot Path Planner)

RoboNavPlanner 是一个用 C++17 实现的模块化机器人路径规划系统。它采用创新的 混合A*与粒子群优化 (Hybrid A-PSO) 算法*，在包含障碍物的二维地图中，高效地寻找从起点到终点的平滑、无碰撞路径。

项目提供两种模式，以适应不同需求：

• 图形化版本 (SFML Version): 提供动态、直观的可视化界面，能同时展示 A* 算法生成的全局引导路径和 PSO 算法的最终优化路径。
• 控制台版本 (Console Version): 无图形库依赖，可在任何标准终端中运行，通过 ASCII 字符展示地图和路径，便于快速测试与验证。

SFML 图形化版本输出

核心特性

• 创新混合算法: 结合 A* 算法的全局搜索能力和 PSO 算法的局部优化能力，显著提升路径质量和收敛速度。
• 高度解耦的架构: 采用策略 (Strategy) 设计模式，将路径规划算法与核心逻辑分离，使得添加或切换新算法（如 RRT*, Dijkstra）变得轻而易举。
• 双版本支持: 通过 CMake 和预处理器宏 (USE_SFML, CONSOLE_VERSION) 实现条件编译，从单一代码库生成图形和控制台两个版本。
• 外部参数配置: 所有关键参数（如PSO迭代次数、粒子数量、航点数等）均可通过 data/config/pso_config.json 文件进行配置，无需重新编译即可调整算法行为。
• 现代化 C++ 实践: 项目广泛使用 C++17 标准，包括智能指针 (std::unique_ptr)、std::function 等，保证了代码的健壮性和可维护性。
• 自定义地图: 支持从文本文件加载自定义地图布局。

快速开始

依赖项

• C++17 编译器 (例如 MinGW, GCC, Clang)
• CMake (版本 >= 3.16)
• SFML 图形库 (仅图形化版本需要)

构建与运行

1. 克隆或下载项目

2. 配置CMake

   • 确保 SFML 库的路径在 CMakeLists.txt 中已正确设置 (默认为 C:/Tools/SFML)。
   • 创建构建目录并生成构建文件：

   mkdir build
   cd build
   cmake ..

3. 编译项目

   cmake --build .

4. 运行程序 可执行文件位于 build/bin/ 目录下。

   • 运行图形化版本:

     # 如果提示缺少 DLL，请从 SFML 的 bin 目录复制到此目录下
     ./bin/RoboNavPlanner.exe

   • 运行控制台版本:

     ./bin/RoboNavPlanner_Console.exe

控制台输出示例

控制台版本会使用 ASCII 字符清晰地展示地图、障碍物和最终路径。

=== 地图和路径可视化 === 图例: S=起点, E=终点, *=路径, #=障碍物, .=可通行

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
0 # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #
1 # . . . . . . . . . . . . . . . . . . #
2 # . S . . . . . . . . . . . . . . . . #
3 # . . * . . . . . . . . . . . . . . . #
...
16 # . . . . . . . . . . . . . . . * . . #
17 # . . . . . . . . . . . . . . . . E . #
18 # . . . . . . . . . . . . . . . . . . #
19 # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #

项目结构

RoboNavPlanner/
├── CMakeLists.txt              # CMake 构建脚本
├── data/
│   ├── maps/map.txt            # 地图数据文件
│   └── config/pso_config.json  # 算法和应用配置文件
├── docs/                       # 项目文档
├── include/                    # 全局头文件 (如 Common.h, 算法接口)
├── src/                        # 源代码
│   ├── main.cpp                # SFML 版本主程序
│   ├── main_console.cpp        # 控制台版本主程序
│   ├── algorithm/              # 算法实现 (HybridAStarPSO, AStar, ZPSO)
│   ├── core/                   # 核心逻辑 (PathPlanner, Map)
│   ├── visualization/          # SFML 可视化器
│   └── config/                 # 配置管理器
└── build/                      # 编译输出目录