專利名稱：一種危險源環(huán)境下的機器人全局路徑規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機器人全局路徑規(guī)劃方法，尤其是危險源環(huán)境下的機器人全局路 徑規(guī)劃方法。
背景技術(shù)：
機器人路徑規(guī)劃的任務(wù)就是尋找一條從起始點到目標(biāo)點的、滿足一定性能指標(biāo) (如路徑長度、危險程度或行走時間等)的無碰撞路徑。一個好的路徑規(guī)劃方案是保障機器 人高效完成任務(wù)的前提。根據(jù)機器人對所處環(huán)境的掌握狀況，已有規(guī)劃方法可分為基于模型的全局路徑規(guī) 劃方法(又稱靜態(tài)路徑規(guī)劃)和基于檢測信息的局部路徑規(guī)劃方法(又稱在線路徑規(guī)劃)。 局部路徑規(guī)劃方法具有很好的實時性，但是無法保證機器人最終到達目標(biāo)點。研究可以保證機器人到達目標(biāo)點的全局路徑規(guī)劃方法，已有技術(shù)包括2006年1月 出版的《中國工程科學(xué)》第1期雜志“移動機器人運動規(guī)劃研究綜述”一文提到的可視圖 法、拓撲法和柵格法等傳統(tǒng)方法，以及中國專利說明書CN1883887 (2006年12月27日公布) 公開的基于虛擬場景的機器人避障路徑規(guī)劃方法和中國專利說明書CN101769754A(2010 年7月7日公布)公開的基于類三維地圖的移動機器人全局路徑規(guī)劃方法等新型方 法。最近，又出現(xiàn)了利用粒子群來處理傳統(tǒng)路徑規(guī)劃問題的方法，包括中國專利說明書 CN101604166(2009年12月16日公布)公開的基于粒子群優(yōu)化算法的移動機器人路徑規(guī)劃 方法，以及中國專利說明書CN101387888(2009年3月18日公布)公開的基于二進制量子 粒子群算法的移動機器人路徑規(guī)劃方法。上述全局路徑規(guī)劃問題具有如下特點機器人的 工作環(huán)境中只包含障礙物，并且僅利用路徑長度作為評價路徑的單一性能指標(biāo)。本發(fā)明考慮危險源環(huán)境下的機器人全局路徑規(guī)劃方法。在機器人執(zhí)行某些任務(wù) 時，經(jīng)常需要避開一些危及自身安全的物體(稱為危險源)，如機器人偵查中的敵人、機器 人火災(zāi)營救中的燃燒物等。與常說的障礙物不同，這些危險源具有一定的輻射區(qū)域。機器 人可以穿越它的輻射區(qū)域，但是要承擔(dān)一定的風(fēng)險。一般距離危險源越近，機器人承擔(dān)的風(fēng) 險越大。該類問題稱為危險源環(huán)境下的機器人全局路徑規(guī)劃問題，特點如下同時包含障礙 物和需要機器人回避的危險源，并具有兩個相互矛盾的路徑評價指標(biāo)，即路徑的長度和危 險程度。傳統(tǒng)全局規(guī)劃方法在處理該類全局路徑規(guī)劃問題時，存在如下缺點一方面，由于 危險源和障礙物之間有著本質(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)處理障礙物的方法無法用于處理危險源；另一 方面，傳統(tǒng)方法大都利用路徑長度作為評價路徑的單一性能指標(biāo)，未考慮危險源對路徑的 影響，即路徑的危險程度這一性能指標(biāo)。經(jīng)查相關(guān)文獻，目前還不存在一個適于危險源環(huán)境 的機器人全局路徑規(guī)劃方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法
5提出一種適于危險源環(huán)境的高效機器人全局路徑規(guī)劃方法，使機器人及時找到滿意的最佳 路徑。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種基于多目標(biāo)粒子群優(yōu)化的移動機器人全局路徑規(guī)劃 方法，其特征在于步驟如下步驟1 探測并確定機器人的工作環(huán)境信息，包括機器人的起始點和目標(biāo)點、障礙 物的位置和形狀，以及危險源的位置。步驟2 對機器人工作環(huán)境進行建模將起始點和目標(biāo)點之間的線段進行(n+1)等分，并在每個等分點處作垂線，得到 平行直線族{Λ，12，…，ln}。標(biāo)記一條路徑與該直線族的交點序列為(Pbph2,…，phn)， 并利用該交點序列表示路徑的相應(yīng)坐標(biāo)。注意等分參數(shù)η根據(jù)機器人自身尺寸和障礙物 的大小確定。步驟3 確定用于評價路徑的兩個性能指標(biāo)，即規(guī)劃問題的兩個目標(biāo)函數(shù)，路徑的 長度和危險程度。(3. 1)標(biāo)記機器人的起始點和目標(biāo)點分另Ij為phQ和phn+1，由
權(quán)利要求
1. 一種危險源環(huán)境下的機器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于步驟如下 步驟1 探測并確定機器人的工作環(huán)境信息，包括機器人的起始點和目標(biāo)點、障礙物的 位置和形狀，以及危險源的位置；步驟2 對機器人工作環(huán)境進行建模，利用點序列(Ph1, Ph2,…，Phn)表示路徑的相應(yīng) 坐標(biāo)；步驟3 確定用于評價路徑的兩個性能指標(biāo)，即規(guī)劃問題的兩個目標(biāo)函數(shù)，路徑的長度 和危險程度；(3. 1)標(biāo)記機器人的起始點和目標(biāo)點分別為phQ和
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危險源環(huán)境下的機器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在 于步驟2中，危險源環(huán)境下的機器人路徑規(guī)劃問題描述為如下優(yōu)化問題尋找路徑 PW = (ST,ph;,...*pK，TA) ’使得①Phie F, i = 1,2,…，n，其中F表示機器人的有效活動范圍；②與No_ob個障礙物不相碰，OBj表示第j個障礙物，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危險源環(huán)境下的機器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于步 驟(4. 3)中粒子的約束違背程度的計算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危險源環(huán)境下的機器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于步 驟(4. 4)在更新非可行儲備集時，除路徑長度和危險程度外，還利用約束違背程度^vCi)作 為問題的第3性能指標(biāo)，用來比較不同解間的Pareto支配關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的危險源環(huán)境下的機器人全局路徑規(guī)劃方法，其特征在于步 驟G.6)中的一致變異同時改變粒子的變異概率和變異范圍，具體方法如下a.更新變異概率，Pm=(iter/it_max)2 ；b.生成隨機數(shù)reW，1]，如果Pm >r，則對Xy進行如下操作
全文摘要
本發(fā)明公布了一種危險源環(huán)境下的機器人全局路徑規(guī)劃方法，旨在提供一種可以保障機器人在危險源環(huán)境下高效快速完成任務(wù)的全局路徑規(guī)劃方法，步驟如下(1)探測并確定機器人的工作環(huán)境信息，包括機器人的起始點和目標(biāo)點、障礙物的位置和形狀，以及危險源的位置；(2)對機器人工作環(huán)境進行建模；(3)定義路徑的長度和危險程度為評價路徑優(yōu)劣的兩個性能指標(biāo)，即路徑規(guī)劃問題的兩個目標(biāo)函數(shù)；(4)利用改進的多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法對步驟3所確定的兩個目標(biāo)函數(shù)進行全局優(yōu)化，得到一組Pareto最優(yōu)路徑集；(5)采用一個模糊隸屬度函數(shù)模擬決策者對任務(wù)的偏好，并從Pareto最優(yōu)路徑集中選出一個滿意的折中解作為機器人移動的最終路徑。
文檔編號G05D1/12GK102129249SQ20111000488
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者周勇, 鞏敦衛(wèi), 張勇, 張建化, 戚成亮 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)