1.一种移动机器人路径规划方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤S1,环境建模;以及
步骤S2,执行遗传算法以输出最优路径;
所述步骤S1环境建模,即
对移动机器人的工作环境进行建模以建立坐标系,其方法包括:利用移动机器人自带传感器组采集工作环境信息,并进行地图建模;其中,将移动机器人作为质点,将移动机器人和障碍物按照二维坐标系建模,用尺寸相同的栅格划分二维工作空间,使移动机器人在该空间中自由运动;
若某一栅格内有障碍物,定义此栅格为障碍栅格,否则为自由栅格;以及用序号对每个栅格编号,每个编号N都与其直角坐标一一对应,其映射关系为:N=x+10y;或
其中mod表示取余操作,int表示取整操作;
所述步骤S2中执行遗传算法以输出最优路径的方法包括如下子步骤:步骤S21,执行种群初始化操作;
步骤S22,计算个体的适应度值;
步骤S23,执行选择、交叉、变异操作;
步骤S24,执行路径优化策略;
步骤S25,终止条件判定;以及
步骤S26,输出最优路径;
所述步骤S21中执行种群初始化操作的方法包括:从起始点出发,随机选取与起始点相邻的一个自由栅格作为下一路径点,该路径点与目标点距离最短,如此循环,一直找到目标点为止,且同一栅格有且只能经过一次,以获得一条初始路径,即产生一种群;
所述步骤S22中计算个体的适应度值的方法包括:首先确定适应度函数,且选取路径长度、路径安全度和路径平滑度,即适应度函数如下:F(T)=μ1D(T)+μ2S(T)+μ3L(T) (1);
式(1)中,μ1,μ2,μ3分别为路径长度、路径安全度、路径平滑度的权重系数;D(T)表示路径长度,其计算公式为: 该式(2)中,d(ki,ki+1)表示节点ki到节点ki+1的距离;
S(T)表示路径安全度,其计算公式为: 该式(3)中,li表示第i条路径距离最近障碍物的距离;
L(T)表示路径平滑度,计算公式为: 该式(4)中,N(T)表示路径的转弯次数, 表示路径li与路径li+1的夹角。
2.根据权利要求1所述的移动机器人路径规划方法,其特征在于,所述步骤S23中执行选择、交叉、变异操作的方法包括:步骤S231,执行选择操作,即
从种群中随机选择两个个体进行适应度值比较,适应度值较高的个体进入下一代,适应度值较低的个体则被舍去;
步骤S232,执行交叉操作,即
对于两个待交叉的染色体,选择在它们共有节点处进行交叉,以形成的连续路径,若两染色体不存在共有节点,则不进行交叉操作;
步骤S233,执行变异操作,即
从当代群体中随机选择待变异的个体,选择路径转弯处的基因进行删除,并随机选择该基因周围的一个基因来替代,重新连接形成一条连续的新路径。
3.根据权利要求2所述的移动机器人路径规划方法,其特征在于,所述步骤S24,执行路径优化策略的方法包括如下子步骤:步骤S241,删除算子的引入,即将相同栅格序号之间的栅格和相同栅格之一删除掉,将形成的新路径作为下一代种群个体;
步骤S242,平滑算子的引入,即平滑算子是在路径段之间的转角处两端添加两个节点;
若连接后的线段不经过障碍物,则用该线段替换转角处原有路径,并删除原有的转角处节点,从而生成一条更加平滑优化的新路径。
4.根据权利要求3所述的移动机器人路径规划方法,其特征在于,所述步骤S25中终止条件判定的方法包括:通过两代之间的平均适应度之差小于Δ,以终止算法,输出最优路径,Δ取0.1;
若两代之间的平均适应度之差大于Δ,则返回步骤S22。