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专利号: 2019105355629
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、根据环境障碍物分布特点建立栅格地图,初始化栅格信息素,并设置初始参数和确定移动机器人的起点和终点;

S2、初始化禁忌表,将蚁群算法的蚂蚁参数设为M只蚂蚁,并将移动机器人的起点和终点设为M只蚂蚁的起点和终点;

S3、根据蚂蚁的移动规则计算栅格地图中领域节点的启发信息值;

所述步骤S3中的蚂蚁的移动规则包括:蚂蚁的搜索方向以及蚂蚁的视野范围;

所述步骤S3中的启发信息值ηik的计算方法包括如下两种方法:第一种计算方法:

其中,θik表示蚂蚁搜索方向与理论最佳搜索方向之间的夹角,Dik表示蚂蚁下一时刻的移动方向,DiE表示蚂蚁理论上的最佳搜索方向,xk表示蚂蚁下一时刻到达位置的横坐标,xi表示蚂蚁当前位置的横坐标,xE表示终点的横坐标,yk表示蚂蚁下一时刻到达位置的纵坐标,yi蚂蚁当前位置的纵坐标,yE表示终点的纵坐标;

第二种计算方法:

其中,θik表示蚂蚁搜索方向与理论最佳搜索方向之间的夹角,xk表示蚂蚁下一时刻到达位置的横坐标,xi表示蚂蚁当前位置的横坐标,xE表示终点的横坐标,yk表示蚂蚁下一时刻到达位置的纵坐标,yi蚂蚁当前位置的纵坐标,yE表示终点的纵坐标;

S4、根据所述启发信息值计算栅格的转移概率,并根据所述转移概率的控制参数确定蚂蚁下一时刻到达的位置,更新禁忌表;

所述栅格的转移概率 的表达式如下:

其中,τik表示t时刻路段(i,k)上的信息素量,ηik表示蚂蚁m从节点i到节点k的启发信息值,τis表示蚂蚁m从节点i到节点s的信息素浓度,α表示信息启发式因子,β为期望启发式因子,allowedm表示蚂蚁m下一步允许选择的节点集合;

S5、将所有蚂蚁完成一次路径搜索,并更新成功抵达终点的蚂蚁走过的路径上的栅格信息素;

S6、判断是否完成预设的迭代次数,若是,则输出最优路径,从而完成移动机器人的路径规划,反之,则返回步骤S2。

2.根据权利要求1所述的基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划方法,其特征在于,所述步骤S1中设置初始参数包括设置栅格的初始信息素浓度、蚁群算法的迭代次数、蚂蚁投放数量、信息启发式因子、期望启发因子以及栅格信息素的挥发系数。

3.根据权利要求1所述的基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划方法,其特征在于,所述蚂蚁的搜索方向为:搜索栅格地图中的16个方向和24个领域节点,且蚂蚁的转角为

22.5°。

4.根据权利要求3所述的基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划方法,其特征在于,所述蚂蚁的视野范围为:将所述24个领域节点分为1级视野范围栅格和2级视野范围栅格,其中,所述1级视野范围栅格满足的条件为:

所述2级视野范围栅格满足的条件为:

其中,L表示栅格的边长,dik表示蚂蚁当前位置栅格中心到领域栅格中心的距离。

5.根据权利要求4所述的基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划方法,其特征在于,针对1级视野范围栅格和2级视野范围栅格的启发信息值相同时,蚂蚁选择1级视野范围内的领域栅格作为下一时刻到达的位置。

6.根据权利要求1所述的基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划方法,其特征在于,所述步骤S4包括如下步骤:S401、根据所述启发信息值计算栅格的转移概率;

S402、生成一个随机数ω,且ω∈[0,1];

S403、判断所述转移概率的控制参数σ是否大于所述随机数ω,若是,则进入步骤S404,反之,则进入步骤S405,其中,σ∈[0,1];

S404、通过轮盘赌策略选择邻域栅格作为蚂蚁下一时刻到达位置,更新禁忌表;

S405、选择转移概率最大的邻域栅格作为蚂蚁下一时刻到达位置,更新禁忌表。

7.根据权利要求1所述的基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划方法,其特征在于,所述步骤S5中栅格信息素τik(t+1)的表达式如下:τik(t+1)=(1-ρ)τik(t)+Δτik(t)其中,ρ表示信息素挥发系数,且ρ∈(0,1),Δτik(t)表示M只蚂蚁一次循环之后在路段(i,k)上留下的信息素量, 表示蚂蚁m在路段(i,k)上留下的信息素量。