[發明專利]基于狼群算法和人工勢場的移動機器人改進A*算法

有效

• 申請號: 202210091868.1
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114115301B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 韓旭;段書用;陸文濤;裴文良;趙熙灼;章霖鑫;徐福田
• 申請（專利權）人: 河北工業大學;中信重工開誠智能裝備有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 天津市鼎拓知識產權代理有限公司 12233
• 代理人: 劉雪娜

1.一種基于狼群算法和人工勢場的移動機器人改進A*算法，其特征在于，包括以下步驟：

創建柵格地圖；所述柵格地圖包括若干柵格，所述柵格包括用于表征障礙物的第一柵格和用于表征可通行區域的第二柵格；

根據A*算法，計算每個所述第二柵格的評價函數；

釋放人工狼群；所述人工狼群包括由第一狼群和第二狼群組成的若干人工狼，所述第一狼群放置于所述可通行區域的初始位置，所述第二狼群隨機放置在所述第二柵格上；

從所述第二狼群中挑選出對應所述第二柵格的評價函數最低的m只人工狼，并將其作為頭狼；將所述人工狼群中其余人工狼作為普通狼；

對所述第一柵格施加斥力場，以使所述人工狼在搜尋時尋優方向傾向遠離所述障礙物；

根據狼群算法以及所述斥力場，生成若干人工狼路徑；所述人工狼路徑的起點為所述初始位置，終點為目標獵物的位置；

輸出最終路徑，所述最終路徑為所述人工狼路徑中最短的路徑；

根據狼群算法以及所述斥力場，生成若干人工狼路徑的方法具體為：

s1：根據所述頭狼的位置以及所述斥力場，更新所述普通狼的位置；

s2：從更新后的所述人工狼群中挑選出對應所述第二柵格的評價函數最低的m只人工狼，并將其作為新的頭狼；

s3：遞歸步驟s1-s2，直至所述第二狼群中所有人工狼運動至所述目標獵物的位置；

s4：對應每個所述第二狼群中的人工狼，生成其對應的人工狼路徑；

步驟s1中根據所述頭狼的位置以及所述斥力場，更新所述普通狼的位置的方法具體為：

s11：根據公式(一)分別計算每只普通狼與每只頭狼的位置向量：

其中，表示第i只普通狼與第j只頭狼的位置向量；為設定系數向量，r∈[0，1]；為所述初始位置指向所述第j只頭狼的當前位置向量，為所述初始位置指向所述第i只普通狼的當前位置向量；

s12：根據公式(二)、公式(三)將所述普通狼的當前位置向量更新為

其中，A為協同系數，α為斥力系數；

第一位置點q₁位于當前位置x_i(t)，第一位置點向量由所述初始位置指向所述第一位置點q₁；

第二位置點q₂位于與所述第一位置點q₁的勢能差最大的，且相鄰所述第一位置點q₁的第二柵格內；所述第二位置點向量由所述初始位置指向所述第二位置點q₂。

2.根據權利要求1所述的基于狼群算法和人工勢場的移動機器人改進A*算法，其特征在于，根據公式(四)計算所述協同系數A：

其中，t為當前遞歸次數，t_max為最大遞歸次數。

3.根據權利要求1所述的基于狼群算法和人工勢場的移動機器人改進A*算法，其特征在于，相鄰所述第一位置點q₁的第二柵格內均對應一個位置點q，所述第二位置點q₂為所有所述位置點q中與所述第一位置點q₁勢能差最大的位置點；

根據公式(五)計算所述第一位置點q₁的勢能U_rep(q₁)：

根據公式(六)計算每個所述位置點q的勢能U_rep(q)：

其中，η為斥力尺度因子；ρ(q₁,q_obs)為第一位置點q₁到所述障礙物的距離；ρ(q,q_obs)為位置點向量q到所述障礙物的距離；ρ₀為所述障礙物的影響半徑。