[發(fā)明專利]一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的救援機器人逃逸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110523501.8
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113341951B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王堅;魯玉林;翟鴻葉;李東;洪濤
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的救援機器人逃逸方法，其特征在于：該方法具體包括以下步驟：

步驟一、將救援現(xiàn)場的地圖環(huán)境輸入到救援機器人的內(nèi)部計算機中；將地圖環(huán)境映射為二維柵格環(huán)境模型M，使用變量c描述模型M中每個柵格的狀態(tài)，將其分為可行空間與不可行空間；再獲取I個危險源在M中的映射位置p_i，i＝1,2,...I；

步驟二、遍歷二維柵格環(huán)境模型M中的每個柵格點，以M中的每個柵格點作為當(dāng)前點，利用A Star算法計算出初始點到當(dāng)前點的實際代價g值，當(dāng)前點到目標(biāo)點的估計代價h值以及初始點經(jīng)過當(dāng)前點到目標(biāo)點的代價估計f值；使用A Star算法在地圖環(huán)境中進(jìn)行導(dǎo)航；

步驟三、利用分布式傳感系統(tǒng)對具有危險源的災(zāi)后救援場景進(jìn)行監(jiān)測，獲取危險源的實時數(shù)據(jù)變化情況，將監(jiān)測得到的實時數(shù)據(jù)映射到二維柵格環(huán)境模型M中；

步驟四、對獲取到的危險源數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將獲取到的I個危險源中心處的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，記錄對應(yīng)的危險程度d_i，將傳感系統(tǒng)獲得的危險程度初始值映射到區(qū)間R中，再由危險源中心點往外擴(kuò)散，分別計算危險源中心周圍的每個柵格點的危險程度；

步驟五、依據(jù)實際任務(wù)中對地圖分辨率大小的需要和救援機器人搭載的計算機的性能的高低，將柵格環(huán)境模型M劃分為多個子區(qū)域，計算每個子區(qū)域內(nèi)所有柵格點的危險程度值的算術(shù)平均值，將該算術(shù)平均值作為子區(qū)域m的危險程度R_m；根據(jù)子區(qū)域的危險程度R_m設(shè)置觸發(fā)逃逸動作的閾值T；

步驟六、循環(huán)進(jìn)行步驟二到步驟五，當(dāng)存在救援機器人需要撤離的情況時，救援機器人執(zhí)行逃逸行為，逃離二維柵格環(huán)境模型M所代表的區(qū)域；

步驟七、當(dāng)二維柵格環(huán)境模型M中存在n個安全出口目標(biāo)點，則在以救援機器人當(dāng)前位置N₀為中心的4鄰域中的每個柵格點處都存在n個不同的h值，分別對應(yīng)到第i個安全出口目標(biāo)點的距離，按照東南西北的順序分別定義為：

h_i，i＝1,2,…n,h′_i，i＝1,2,…n,h″_i，i＝1,2,…n,h″′_i，i＝1,2,…n；

定義O_i表示由救援機器人當(dāng)前位置N₀到第i個安全出口目標(biāo)點的總代價函數(shù)，按照東南西北的順序分別定義為：

o_i，i＝1,2,…,n,o′_i，i＝1,2,…,n,o″_i，i＝1,2,…,n,o″′_i，i＝1,2,…,n

采用加權(quán)系數(shù)法，得到救援機器人到不同出口的距離與安全指標(biāo)結(jié)合后的權(quán)值；

取4個總代價函數(shù)中的最小值o(n)作為當(dāng)前節(jié)點的下一個節(jié)點趨向最優(yōu)安全目標(biāo)點擴(kuò)展的依據(jù)：

o(n)＝min(o′_i(n),o″_i(n),o″′_i(n),o″″_i(n))

f_mo(n)＝g_mo(n)+o(n)

其中，α表示救援機器人到不同出口的距離與安全指標(biāo)結(jié)合后的權(quán)值，R_m表示救援機器人所在當(dāng)前點的鄰域點分別對應(yīng)的區(qū)域危險程度值，g_mo(n)表示從救援機器人需要執(zhí)行逃逸行為的位置處到當(dāng)前位置N₀處所需要的實際代價，f_mo(n)表示從救援機器人需要執(zhí)行逃逸行為的位置處到某一個安全出口處的最小估計值；

步驟八、循環(huán)步驟七，由救援機器人當(dāng)前位置向外篩選擴(kuò)散，直至到達(dá)某一個安全出口目標(biāo)點，輸出路徑信息，救援機器人按照輸出的路徑前行，完成逃逸動作。

2.如權(quán)利要求1所述一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的救援機器人逃逸方法，其特征在于：當(dāng)模型M中的柵格狀態(tài)為可行空間時，c＝1；柵格狀態(tài)為不可行空間時，c＝0。

3.如權(quán)利要求1所述一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的救援機器人逃逸方法，其特征在于：所述區(qū)間R的大小與地圖大小、地圖分辨率以及衰退因子λ的值相關(guān)。