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专利号: 2021111312793
申请人: 河南科技大学
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.基于单种群自适应异构蚁群算法的机器人路径规划方法,其特征在于:包括以下步骤:Step1:加载环境模型,设置规划的起点与终点;

Step2:初始化算法参数:设置蚂蚁个数m、最大迭代次数maxIter、当前迭代次数Nc,信息素挥发系数ρ,初始化首次迭代时的参数α=0,β=10;设置非首次运行时每只蚂蚁的参数α(k)与β(k)及参数突变时的标准偏差σ;

Step3:判断算法是否为首次迭代,如是,顺序执行,否则跳转到Step5;

Step4:初始化蚁群:将蚁群中的蚂蚁放置在路径规划的起点,按照式(1)构建初始可行路径,直到蚂蚁抵达终点或陷入死锁状态,评估所有候选路径的长度,并保存本次所有候选路径的长度信息,然后跳转到Step6;

其中,τij为路径(i,j)上的信息素量,表示积累的经验信息,ηij=1/dij为从节点i转移到节点j的启发信息,dij表示从节点i到节点j的距离,allowedk为蚂蚁k在当前节点的可选节点集,α和β分别表示信息素和启发信息在构建候选解时的相对影响程度;

Step5:按照式(9)构建候选路径,直到蚂蚁抵达终点或陷入死锁状态,评估所有候选路径的长度,并保存本次所有可行候选路径的长度信息;

其中,α(k)和β(k)是第k只蚂蚁的控制参数;

Step6:按照式(2)进行信息素全局更新,按照式(3)对信息素进行越界处理;

其中,ρ∈[0,1]为信息素挥发系数, 表示最优蚂蚁第t次迭代时在路径best

段(i,j)释放的信息素增量,L (t)是最优路径的适应度值,τub是路径上信息素的上限,τlb是信息素的下限,函数 定义如式(3)所示:其中,ub是变量x的上界,lb是变量x的下界;

Step7:判断迭代次数是否满足公式(10)计算出的信息交换周期,如果满足,对本次交换周期内蚂蚁的路径质量进行评估,确定出本周期内的最优蚂蚁与最差蚂蚁,用最优蚂蚁的参数替代种群内最差蚂蚁的参数,并按照式(10)计算下一次信息交换周期,否则跳转到Step8;

其中,HR_pop(t)表示第t次迭代结束后种群的相对信息熵;

Step8:重复Step3到Step7,直到满足终止条件;

Step9:输出全局最优路径。

2.如权利要求1所述的基于单种群自适应异构蚁群算法的机器人路径规划方法,其特征在于:第t次迭代结束后种群的相对信息熵HR_pop(t)的计算方法为:其中,H_Pop(t)是第t迭代时的信息熵,fi是第i个候选解的适应度值,p(fi)≥0是适应度值fi在所有适应度值中出现的占比,N是候选解的个数。

3.如权利要求1所述的基于单种群自适应异构蚁群算法的机器人路径规划方法,其特征在于:Step7中按式(11)与(12)对最差蚂蚁的参数进行替换αworst=αbest+M(0,σ)       (11)βworst=βbest+M(0,σ)     (12)其中,αworst和βworst是最差蚂蚁对应的信息素因子和启发式因子,αbest和βbest是最优蚂蚁对应的信息素因子和启发式因子,M(0,σ)表示均值为0、标准偏差为σ的高斯突变函数。