[發明專利]一種能耗懲罰機制下多移動機器人路徑規劃的方法

在審

• 申請號: 202210128403.9
• 申請日: 2022-02-11
• 公開（公告）號: CN114460944A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 賈文友;朱良恒;梁利東;劉莉;魏文濤;林小櫻;武洋;賈昊瑞;劉濤
• 申請（專利權）人: 安徽工程大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 安徽匯樸律師事務所 34116
• 代理人: 劉海涵

本發明公開一種能耗懲罰機制下多移動機器人路徑規劃的方法，包括多移動機器人路徑規劃的A*算法，遺傳算法與A*算法的嵌套方法；每個移動機器人執行所分配所有任務的能耗、能耗懲罰系數，所有移動機器人平均能耗，能耗懲罰機制的閾值。先啟用多移動機器人路徑規劃的A*算法，根據當前節點的逆向遞推父節點輸出規劃路徑；再能耗懲罰機制評判，如果能耗懲罰系數大于或等于能耗懲罰機制的閾值，則需要重新分配移動機器人執行任務的順序，否則不調整；再啟用遺傳算法與A*算法嵌套方法，輸出總能耗最小下的任務順序和規劃路徑。它概念簡單，操作方便，適應于能耗約束下多機器人均衡能耗作業的現實需求，提高了多移動機器人進行規劃路徑結果可靠性。

技術領域

本發明涉及移動機器人技術領域，具體是涉及一種能耗懲罰機制下多移動機器人路徑規劃的方法。

背景技術

移動機器人作為智能主力軍的代表，其應用領域的擴大和使用數量的提高表明其具有鮮明的需求導向，在物流運輸、家庭服務、醫療、勘探、水下作業、巡邏、農業等方面以及某些對人有危險的場合均有應用；但其多以蓄電池為能源，能提供的能量有限，存在輪式移動機器人作業過程中能耗約束和規劃路徑平滑效果瓶頸制約了其需求量增加的科學問題。專利CN113156940A公開了基于好奇心-貪婪獎勵函數的機器人路徑規劃的方法，但未同時對多移動機器人進行規劃路徑，規劃路徑時缺乏均衡各移動機器人之間能耗，存在各移動機器人執行任務能耗不均衡現象，存在部分移動機器人能量不足而需要中途更換移動機器人，影響移動機器人完成任務效率。

發明內容

為了克服現有未同時對多移動機器人進行規劃路徑，規劃路徑時缺乏均衡各移動機器人之間能耗，存在各移動機器人執行任務能耗不均衡現象，存在部分移動機器人能量不足而需要中途更換移動機器人，影響移動機器人完成任務效率等缺陷，本發明提供一種能耗懲罰機制下多移動機器人路徑規劃的方法，引入懲罰能耗機制，應用遺傳算法與A*算法的嵌套方法，遺傳算法重新規劃任務順序，A*算法規劃路徑并計算總能耗，實現能耗懲罰機制下各移動機器人能耗為均衡狀態。

本發明具體解決其技術問題所采用的技術解決方案是：一種能耗懲罰機制下多移動機器人路徑規劃的方法，包括多移動機器人路徑規劃的A*算法，遺傳算法與A*算法的嵌套方法；open表中存儲待被搜索的節點，close表中存儲已被搜索過的節點,f(n)為估價函數；有n個移動機器人要執行m個任務；E_i表示移動機器人i執行所分配所有任務的能耗；P_i表示移動機器人i的能耗懲罰系數，表示所有移動機器人平均能耗，有α表示能耗懲罰機制的閾值，根據實驗經驗值，令α＝3％；能耗懲罰機制；λ_j為布爾變量，移動機器人i執行任務j時為1，否則為0；K_j表示移動機器人i執行任務j時能耗代價值，即任務的權系數，要求每個任務的權系數均不相等，令K_j＝1+(j-1)×0.1；δ表示移動機器人i執行任務行駛單位距離能耗；D_j表示移動機器人i執行任務j時需要行駛的距離；(x_j-1，y_j-1)和(x_j，y_j)分別表示移動機器人i執行任務j前的坐標位置和任務j的坐標位置；

移動機器人i執行所分配所有任務的能耗E_i的計算如下式：

移動機器人i執行任務j時需要行駛的距離D_j的計算如下式：

移動機器人i的能耗懲罰系數P_i的計算如下式：

能耗懲罰機制是如果P_i≥α時，則需要重新分配移動機器人i執行任務的順序，否則不調整執行任務順序；

一種能耗懲罰機制下多移動機器人路徑規劃的方法的具體流程如下：