[發(fā)明專利]一種基于電荷系統(tǒng)搜索的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410264165.X
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN104020769B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 管鳳旭;劉曉龍;廉德源;趙拓;楊長青
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/02
• 分類號(hào): G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于電荷系統(tǒng)搜索的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于:?

步驟1：建立機(jī)器人路徑規(guī)劃數(shù)學(xué)模型；?

步驟2：初始化機(jī)器人需進(jìn)行路徑規(guī)劃的環(huán)境參數(shù)以及電荷系統(tǒng)搜索算法的相關(guān)參數(shù)；?

步驟3：隨機(jī)初始化N條路徑以及各個(gè)電荷的初始位置和速度，以機(jī)器人起始位置和目標(biāo)位置為x軸建立直角坐標(biāo)系，將x軸D等分，?

定義第j個(gè)電荷的位置為其中表示第j個(gè)電荷在第d維上的位置，每個(gè)電荷的位置X_j就代表一條機(jī)器人的運(yùn)行路徑，最終所有電荷中的最優(yōu)位置即為機(jī)器人的最優(yōu)路徑；?

步驟4：根據(jù)機(jī)器人環(huán)境信息以及在步驟1中建立的機(jī)器人路徑規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，計(jì)算各個(gè)電荷的適應(yīng)度值fit,適應(yīng)度最好值fitbest，適應(yīng)度最壞值fitworst；?

步驟5：根據(jù)步驟4中獲得的各個(gè)電荷的適應(yīng)度值fit、適應(yīng)度最好值fitbest、適應(yīng)度最壞值fitworst，更新每個(gè)電荷的電荷量q_j，兩個(gè)電荷之間的吸引標(biāo)志p_ij及兩個(gè)電荷之間的歐氏距離r_ij；?

步驟6：根據(jù)步驟5中獲得的每個(gè)電荷的電荷量q_j，兩個(gè)電荷之間的吸引標(biāo)志p_ij及兩個(gè)電荷之間的歐氏距離r_ij，更新每個(gè)電荷的位置及速度；然后根據(jù)步驟1中建立的機(jī)器人路徑規(guī)劃數(shù)學(xué)模型重新計(jì)算每個(gè)電荷的適應(yīng)度，找出當(dāng)前適應(yīng)度最好的電荷的位置X_best,new，即機(jī)器人的最優(yōu)路徑path；?

步驟7：若迭代次數(shù)大于最大迭代次數(shù)iter_max，則退出循環(huán)，輸出最優(yōu)路徑path，否則返回步驟5進(jìn)入下一迭代。?

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電荷系統(tǒng)搜索的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于：步驟1中，通過如下公式，建立機(jī)器人路徑規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，?

式中，F(xiàn)表示廣義代價(jià)函數(shù)，L表示路徑長度，B表示環(huán)境障礙物對機(jī)器人的阻礙代價(jià)，E表示機(jī)器人運(yùn)行消耗的能量，α∈[0,1]表示機(jī)器人安全運(yùn)行和消耗能量之間的權(quán)衡系數(shù)；?

環(huán)境障礙物對機(jī)器人的阻礙代價(jià)B通過如下公式獲得，?

式中，N_B表示障礙物的個(gè)數(shù)，d_k表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的中點(diǎn)距第k個(gè)障礙物的距離。?

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電荷系統(tǒng)搜索的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于：步驟2中，初始化的參數(shù)包括：電荷種群規(guī)模N，優(yōu)化維數(shù)D，算法最大迭代次數(shù)iter_max，機(jī)器人安全運(yùn)行和消耗能量之間的權(quán)衡系數(shù)α，環(huán)境中的障礙物個(gè)數(shù)N_B，電荷位置更新方程中的電荷半徑a，機(jī)器人運(yùn)行的起點(diǎn)坐標(biāo)和終點(diǎn)坐標(biāo)。?

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電荷系統(tǒng)搜索的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于：?

步驟5中，更新公式如下，?

式中，X_i和X_j分別是第i個(gè)電荷和第j個(gè)電荷在空間的位置，X_best是目前所有電荷的最好位置，即fitbest對應(yīng)的電荷的位置，ε是一個(gè)很小的正常數(shù)，以?防止除數(shù)為零。?

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電荷系統(tǒng)搜索的機(jī)器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于：?

步驟6中，每個(gè)電荷的位置及速度更新公式如下，?

V_j,new＝X_j,new-X_j,old。