[發(fā)明專利]基于改進粒子群算法的機器人路徑優(yōu)化方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010206843.2
• 申請日: 2020-03-23
• 公開（公告）號: CN111522335B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設計）人: 肖易易;王頌;劉旭;楊宇軒
• 申請（專利權(quán)）人: 南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司;中國南方電網(wǎng)有限責任公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G06N3/00
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 麥小嬋;郝傳鑫

本發(fā)明公開了一種基于改進粒子群算法的機器人路徑優(yōu)化方法，包括：對機器人活動空間以及所述活動空間中的障礙物構(gòu)建格柵化地圖；將所述格柵化地圖劃分為障礙物區(qū)域和自由區(qū)域；根據(jù)機器人的第一路徑以及優(yōu)化目標構(gòu)建路徑優(yōu)化函數(shù)；采用改進粒子群算法在所述自由區(qū)域中迭代出最優(yōu)位置值，根據(jù)所述最優(yōu)位置值計算機器人在所述自由區(qū)域中的最優(yōu)繞行路徑；其中，所述改進粒子群算法具體包括：將所述路徑優(yōu)化函數(shù)作為粒子的適度值函數(shù)；將動態(tài)慣性權(quán)值作為所述粒子群算法的慣性權(quán)值。本發(fā)明能夠在復雜環(huán)境中進行路徑優(yōu)化，并提高路徑優(yōu)化的全局性。本發(fā)明還公開了一種基于改進粒子群算法的機器人路徑優(yōu)化系統(tǒng)和存儲介質(zhì)。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及路徑優(yōu)化技術(shù)領域，尤其涉及一種基于改進粒子群算法的機器人路徑優(yōu)化方法、系統(tǒng)及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

變電站智能化建設前期主要是引入機器人取代人工進行設備巡視，巡檢機器人在巡檢過程中需要解決避開障礙、到達目的點位、規(guī)劃路線等問題，通常采用激光、超聲波雷達、視覺傳感器等技術(shù)事先對變電站環(huán)境進行掃描然后再分析最優(yōu)路徑。

現(xiàn)有技術(shù)中，常見的基于改進粒子群算法的機器人路徑優(yōu)化方法有圖搜索法、人工勢場法以及粒子群算法等。然而，圖搜索法和人工勢場法在簡單環(huán)境中可以快速收斂，但在復雜環(huán)境模型中表現(xiàn)不好。粒子群算法能夠?qū)卸喾N復雜結(jié)構(gòu)的環(huán)境進行最優(yōu)路徑的生成，但缺點是迭代次數(shù)較多，且起始點或權(quán)重選擇不好時容易陷入局部最優(yōu)解，生成的路徑比較長。

因此，需要一種能夠在復雜環(huán)境中進行路徑優(yōu)化的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供一種基于改進粒子群算法的機器人路徑優(yōu)化方法，能夠在復雜環(huán)境中進行路徑優(yōu)化，并提高路徑優(yōu)化的全局性。

本發(fā)明實施例一提供一種基于改進粒子群算法的機器人路徑優(yōu)化方法，包括：

對機器人活動空間以及所述活動空間中的障礙物構(gòu)建格柵化地圖；

將所述格柵化地圖劃分為障礙物區(qū)域和自由區(qū)域；

根據(jù)機器人的第一路徑以及優(yōu)化目標構(gòu)建路徑優(yōu)化函數(shù)；

采用改進粒子群算法在所述自由區(qū)域中迭代出最優(yōu)位置值，根據(jù)所述最優(yōu)位置值計算機器人在所述自由區(qū)域中的最優(yōu)繞行路徑；其中，所述改進粒子群算法具體包括：將所述路徑優(yōu)化函數(shù)作為粒子的適度值函數(shù)；將動態(tài)慣性權(quán)值作為所述粒子群算法的慣性權(quán)值。

作為上述方案的改進，所述優(yōu)化目標包括如下的至少一種：

第一路徑的碰撞懲罰度、期望路徑的路徑長度、期望路徑的路徑平滑度。

作為上述方案的改進，所述將所述格柵化地圖劃分為障礙物區(qū)域和自由區(qū)域，具體包括：

對所述活動空間中的障礙物進行幾何化處理，得到障礙物幾何模塊；

將所述障礙物幾何模塊所占據(jù)的格柵區(qū)域劃分為所述障礙物區(qū)域，將除所述障礙物區(qū)域以外的格柵區(qū)域劃分為所述自由區(qū)域。

作為上述方案的改進，所述在所述自由區(qū)域中構(gòu)建機器人的第一路徑，根據(jù)優(yōu)化目標構(gòu)建路徑優(yōu)化函數(shù)，具體包括：

設機器人按照所述第一路徑與障礙物發(fā)生碰撞的次數(shù)為N_collison，計算所述第一路徑的碰撞懲罰項F₁，計算方法如下式所示：

式中，m_i為所述第一路徑在障礙物區(qū)域的總距離，M_i為常數(shù)；

計算期望路徑的總長度F₂，計算方法如下式所示：

計算期望路徑的總平滑度F₃，計算方法如下式所示：