[發明專利]一種基于多策略改進的黏菌算法的機器人路徑規劃方法

有效

• 申請號: 202210024832.1
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114063623B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 陳克偉;胡雪松;唐偉;譚玉彬;姜北樵;楊坤;金東陽;范旭;廖自力;尚穎輝
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍裝甲兵學院
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 謝歡

本發明提供一種基于多策略改進的黏菌算法的機器人路徑規劃方法，包括以下步驟：獲取機器人移動區域地圖；根據機器人移動區域地圖，建立移動區域地圖路徑規劃的目標函數；基于黏菌算法，并基于量子位Bloch編碼初始化黏菌種群位置，并根據目標函數，計算適應度值，確定最優黏菌位置；引入適應度相關優化算法中的位置搜索方式，進行位置更新；對最優黏菌位置進行柯西變異，獲取變異后的最優適應度值和最優黏菌位置，利用貪婪原則，將變異前后適應度值最優的黏菌位置，作為更新后的最優黏菌位置；根據預設的最大迭代次數依次更新的最優黏菌位置，確定最優路徑規劃結果。本方法克服了黏菌算法存在的幾點不足，能夠顯著提升路徑規劃的效果。

技術領域

本發明涉及機器人學技術領域，具體涉及一種基于多策略改進的黏菌算法的機器人路徑規劃方法。

背景技術

移動機器人的路徑規劃是移動機器人技術中的一個關鍵技術。路徑規劃技術是使移動機器人根據周圍環境信息，自動尋找一條從起始點到目標點的無碰撞的軌跡。其中移動機器人的路徑規劃算法是移動機器人路徑規劃的核心。移動機器人的路徑規劃是指其在對周圍環境進行感知后，能夠自行規劃出一條從出發點至終點的最優移動路徑，這條最優路徑可以是滿足移動路徑最短，可以是滿足耗時最短，還可以滿足能量消耗最少等。

根據目前的研究成果來看，黏菌算法是一種模擬黏菌覓食行為的新型智能優化算法，同樣可以應用于路徑規劃問題。然而，黏菌算法存在以下不足：（1）在確定種群位置時，黏菌個體的位置是隨機確定的，這就使得算法具有一定的盲目性和隨機性；（2）黏菌算法的位置更新是根據選擇概率進行不同的位置更新，其中一種位置更新是隨機擴散，在邊界范圍內隨機選擇位置，該種方法具有滿目性。（3）黏菌算法陷入局部最優解時，沒有任何措施能幫助其跳出局部最優解。因此，上述缺陷使得算法容易陷入局部最優和收斂精度不高，在進行移動機器人路徑規劃時，往往達不到理想的路徑規劃效果。

為此，本發明提出了一種新的基于多策略改進的黏菌算法的機器人路徑規劃方法。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種基于多策略改進的黏菌算法的機器人路徑規劃方法，克服了黏菌算法存在的幾點不足，能夠顯著提升路徑規劃的效果。

為實現上述目的，本發明提供了如下的技術方案。

一種基于多策略改進的黏菌算法的機器人路徑規劃方法，包括以下步驟：

獲取機器人移動區域地圖；

根據機器人移動區域地圖，建立移動區域地圖路徑規劃的目標函數；

基于黏菌算法，基于量子位Bloch編碼初始化黏菌種群位置，并根據目標函數，計算適應度值，確定最優黏菌位置；

引入適應度相關優化算法中的位置搜索方式，對黏菌位置進行位置更新，并確定更新后的最優適應度值和最優黏菌位置；

對最優黏菌位置進行柯西變異，獲取變異后的最優適應度值和最優黏菌位置，利用貪婪原則，將變異前后適應度值最優的黏菌位置，作為更新后的最優黏菌位置；

根據預設的最大迭代次數依次更新的最優黏菌位置，確定最優路徑規劃結果。

優選地，所述獲取機器人移動區域地圖，包括以下步驟：對移動機器人的環境進行建模，得到移動區域地圖并對地圖進行格柵化處理。

優選地，所述目標函數為移動路徑最短、耗時最短或消耗能量最少，并根據目標函數確定相應的約束條件以及路徑的關鍵節點數。

優選地，所述基于量子位Bloch編碼初始化黏菌種群位置，包括以下步驟：

確定種群的大小Popsize，迭代次數Miter，黏菌尋優下邊界LB和黏菌尋優上邊界UB；