[發明專利]一種基于電荷系統搜索的機器人全局路徑規劃方法

有效

• 申請號: 201410264165.X
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104020769B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 管鳳旭;劉曉龍;廉德源;趙拓;楊長青
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于電荷系統搜索的機器人全局路徑規劃方法。

背景技術

機器人路徑規劃是指在其工作空間中,為機器人完成某一給定任務提供一條安全、高效的運動路徑。一般而言,機器人完成給定任務可選擇的路徑有許多條,實際應用中往往要選擇一條在一定準則下為最優(或近似最優)的路徑,常用的準則有：路徑最短、消耗能量最少或使用時間最短等。因此，機器人路徑規劃實質上是一個有約束的優化問題。

路徑規劃問題是移動機器人研究領域的一個重要的課題，根據事先掌握環境信息的程度，路徑規劃問題可分為基于先驗環境信息的全局路徑規劃和基于傳感器的局部路徑規劃。傳統的全局路徑規劃方法主要有柵格法、可視圖法、拓撲法和自由空間法等,這些傳統的方法均存在計算效率低,不適用于高維優化問題的缺點。隨著許多智能仿生優化算法的提出和快速發展，許多學者將這些算法應用于機器人路徑規劃領域，取得了一定的效果。

電荷系統搜索算法(Charged?System?Search，CCS)是一種源自對物理學中的庫倫定律和牛頓運動定律進行模擬的新的優化搜索技術，是一種元啟發式算法，它通過群體中各個帶電電荷的電場力的相互作用產生的群體智能指導優化搜索。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于電荷系統搜索的機器人全局路徑規劃方法，計算效率高，能夠有效解決復雜動態環境下機器人路徑規劃問題。

實現本發明目的技術方案：

一種基于電荷系統搜索的機器人全局路徑規劃方法，其特征在于:

步驟1：建立機器人路徑規劃數學模型；

步驟2：初始化機器人需進行路徑規劃的環境參數以及電荷系統搜索算法的相關參數；

步驟3：隨機初始化N條路徑以及各個電荷的初始位置和速度，以機器人起始位置和目標位置為x軸建立直角坐標系，將x軸D等分，

定義第j個電荷的位置為Xj=(xj1,xj2,...,xjd,...,xjD),for j=1,2,...,N,]]>其中表示第j個電荷在第d維上的位置，每個電荷的位置X_j就代表一條機器人的運行路徑，最終所有電荷中的最優位置即為機器人的最優路徑；

步驟4：根據機器人環境信息以及在步驟1中建立的機器人路徑規劃數學模型，計算各個電荷的適應度值fit,適應度最好值fitbest，適應度最壞值fitworst；

步驟5：根據步驟4中獲得的各個電荷的適應度值fit、適應度最好值fitbest、適應度最壞值fitworst，更新每個電荷的電荷量q_j，兩個電荷之間的吸引標志p_ij及兩個電荷之間的歐氏距離r_ij；

步驟6：根據步驟5中獲得的每個電荷的電荷量q_j，兩個電荷之間的吸引標志p_ij及兩個電荷之間的歐氏距離r_ij，更新每個電荷的位置及速度；然后根據步驟1中建立的機器人路徑規劃數學模型重新計算每個電荷的適應度，找出當前適應度最好的電荷的位置X_best,new，即機器人的最優路徑path；

步驟7：若迭代次數大于最大迭代次數iter_max，則退出循環，輸出最優路徑path，否則返回步驟5進入下一迭代。