[發明專利]一種動態環境下移動機器人路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201310195535.4
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103823466A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 屈鴻;王曉斌;柯星;劉貴松;侯孟書;陳文宇;馮旻昱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 成都華典專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;楊保剛

1.一種動態環境下移動機器人路徑規劃方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一.利用柵格法對移動機器人運行空間進行環境建模；

步驟二.利用改進蟻群算法，不考慮環境中動態障礙物，建立全局路徑（以下稱為初始路徑），之后移動機器人沿此初始路徑邊行走邊進行局部預測避碰；

二-1.設置改進蟻群算法的參數，包括蟻群中螞蟻數量m、算法最大迭代次數N_max、信息素權值α、啟發式信息權值β、信息素衰減系數和信息素懲罰系數;初始化當前代數N＝0，柵格地圖中每條相鄰邊的信息素強度τ_ij＝τ₀（τ₀為常數），信息素上下限，信息素增量Δτ_ij＝0，每個柵格的訪問數T_i＝0，啟發式信息函數η_rs＝1d_rs，移動機器人的初始點S和目標點G；

二-2.蟻群中螞蟻k（k=1,2，…，m）從初始點開始出發，并將初始點添加到螞蟻k的禁忌表tabu_k中，然后按照公式

prsk=[τrs(t)]α[ηrs(t)]βDs-1Ts-1Σs∈allowedk[τrs(t)]α[ηrs(t)]βDs-1Ts-1,s∈allowedk0,otherwise]]>

選擇下個節點s，并將節點s添加到禁忌表tabu_k中；其中設置一個隨機選擇參數q₀∈(0,1)，q為(0,1)之間隨機數，當q＜q₀時，隨機選擇當前節點r周圍的任一可行節點，否則采用轉移概率公式選擇下一個可行點，rand(allowed_k)表示從allowed_k中隨機選擇一個節點，S表示根據轉移概率公式所選擇的下一個節點；轉移概率公式中D_s表示下一個待選節點s到目標點的距離，(s_x,s_y)與(G_x,G_y)分別表示節點s與目標點G的坐標。T_s表示下一節點s累計被訪問的次數；

二-3.具體地，當螞蟻i（i∈k）在搜索路徑時進入死鎖狀態，馬上啟用“回退-懲罰”策略，在螞蟻i到達目標點時，令k=k+1，返回步驟二-2，直到k=m，即這一代所有螞蟻完成搜索；所述“退回-懲罰”策略步驟如下：

二-3-a.當螞蟻i陷入死鎖狀態時，允許其回退一步；

二-3-b.更新螞蟻i的禁忌表，將死鎖節點從禁忌表中刪除；

二-3-c.對死鎖邊上的信息素進行懲罰，以防其它螞蟻再次經過死鎖邊；

二-3-d.螞蟻在當前路徑上重新選擇新的節點;

二-4.利用每只螞蟻的禁忌表，計算它們搜索到的路徑長度，并找出其中的最短路徑，對最短路徑全局信息素進行調整，再核查調整后的信息素濃度，根據信息素限定原則

τrs=τrs,τmin<τrs<τmaxτmin,τrs<τminτmax,τrs>τmax]]>

將其限制在[τ_min,τ_max]區間內;

二-5.令迭代次數N=N+1，當N＜＝N_max，清空每只螞蟻的禁忌表，返回步驟二-2進行下輪迭代，直到N＞N_max，輸出全局路徑；

步驟三.若移動機器人到達目標點，輸出最終的全局無碰路徑，否則繼續執行步驟四；

步驟四.將移動機器人的感知區域視為滾動窗口，刷新滾動窗口內信息，包括動態障礙物當前位置和初始路徑等信息，機器人每行走一個步長，就刷新一次滾動窗口內信息，直到機器人到達目標點；

四-1.若在滾動窗口內環境發生變化，且有靜態障礙物停留在初始路徑上，啟動Follow_wall行為，該行為可使機器人沿著靜態障礙物邊界繞過障礙物，并回到初始路徑上，繼續預測下一滾動窗口；

四-2.在滾動窗口內進行碰撞預測，若沒有檢測到碰撞，機器人沿著初始路徑移動一個步長，跳轉到步驟四；若預測到碰撞則進入步驟四-3；

四-3.預測到碰撞則啟動碰撞避免策略，規劃一條局部路徑，機器人沿著規劃好的局部路徑行走一個步長，跳轉到步驟三。