基于优化蚁群算法的机器人路径规划
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ｐ ｔ ｐ ｍｉｉｇａ ｄｐ ｔ ｍｏｏｈ ｅ ｓ ａｈｏ ｔ ｚｎ ａ ｓ ｉ ｎ ｈ ｔ ｎ ｓ．
［ ｙｗｏｄ ］Ａｎ ｏｏｙＯ ｔ ｚｔ ｎＡＣ ； Ｋｅ ｒ ｓ ｔ ｌｎ ｐ ｍｉａ ｏ （ Ｏ）ＧＡＡａｇ ｒｈ ｐｔ ｌ ｎｎ Ｃ ｉ ｉ ｌｏ ｔｍ； ａ ｐａ ｉｇ ｉ ｈ ｎ
满足一定优化指标 的无碰撞路径 。 Ｓ表示无碰撞 的 自由位 以Ａ 形空 间，路径规划 问题可 以描述为 ：给定一个起始结点 ｇ 和 目标结点 ｇ ，在 Ａ Ｓ中寻找一条连接这 ２点的连续曲线，
Fra Baidu bibliotek
。
路径规 划是在起 始点 和 目标点已知的情况下 ，按某一给
定的性能指标搜 索一条从起 始点到 目标点近似最优的无碰路
径。根据环境信息 已知程度的不 同，路径规划可分为 ２种类 型 ：（） １环境信息已知的全 局路径规划 ；（） ２环境信息未 知或部 分未 知，必须 用传感器进行实 时环境探测 以获取 障碍 物信息
的局部路径 规划 。路径规划算法 的计 算量取 决于 任务、环境 的复杂度 以及对规划路径 的质量要求 。 本文研究 的全局路径规划包括环境建模和路径搜 索策 略 ２个方面 。环境建模 的主要方法有可视 图法 、 自由空间法和
ｍａ ｉｇｕ ｅｏ ｉ ｉ ｉ ｏ ．ｎ ｔｉ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ， ｔ ｏ ｏ ｙＯｐ ｍｉａ ｏ （ ｋｎ ｓ ｆｇ ｄ ｄｖｓ ｎ Ｉ ｓ ｎ ｉ ｍｅ ｔ Ａｎ ｌｎ ｔ ｚ ｔ ｎＡＣＯ） ｓ ｓ ｄｔ ｏｐ ｔ ｌ ｎｎ ． ｈ Ｏ ｒ ｖ ｄｂ ｅ ｄ ａｏ ｒ ｉ ｈ ｏ Ｃ ｉ ｉ ｉ ｕ ｅ ｄ ａｈｐ ａ ｉ ｇ Ｔ ｅＡＣ ｉ ｉ ｏ ｅ ｙｔ ｅ ｆ Ｏ ｎ ｓ ｍｐ ｈｉ Ｇ ｎ ｔ ｇ ｒｔｍ（ Ａ） ＧＡ ａｇ ｒ ｈ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｄ Ｓｍｕａｉｎ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ａ ｔｅｍｅｈ ｄ Ｃ ｆ ｃ ｖ ｌ ｒ ｖ ｅｓ ｅ ｄ ｏ ａｈｓ ａｃ ｉ ｇ ｅ ｅ ｃＡｌｏｉ ｉ ｈ Ｇ ， Ａ ｌｏ ｉ ｍ ｒ ｓｎ ｅ ． ｉ ｌ ｏ ｕｔ ｓ ｏ ｔ ｔ ｔｏ ａ ｅ ｅ ｔ ｅ ｉ ｏ ｅｔ ｅ ｆ ｔ ｅ ｒｈ ｎ ， ｔ ｓ ｔ ｅ ｓ ｈ ｈ ｎ ｉ ｙ ｍｐ ｈ ｐ ｐ
并满足某些性能指标 ，或者 确定不存在这样的连接。
机器人 的路径规划 主要包括环境建模、路径搜索、路径 平滑等环 节 】 。建立环境模 型是机器人路径规划 的一个重 要 环节 。机器人 的工作空 间是一个现 实的物 理空间，而路径规
栅格法等 。与前 ２种方法相比 ，栅格 法具有精度高、易于 实 现 等特点 ，因此 ，被广泛采用 ０路径规划 的主要搜索策 略有
ｌ 概 述
智能移动机器人导航主要包括定位、避障和路径规划 等
任务 。路径 规划问题 是移 动机 器人工作最重要 的基本环节之
一
的路 径规 划中 。
２ 问题描述及环境模型的建立
２１ 问题描 述 ． 移动机器 人最基本的路径规划 问题是在完全 已知 的静态 障碍物之 间，为机 器人寻找一条从给定 的起始点到 目标点的
算法 的思想 改进 已有蚁群 算法，即 Ｇ Ａ 算法 。仿真实验结果表 明，该算法能有效地提高机器 人的路 径搜索速度及路径优化 、路径平滑 等 Ａ
方 面 的指 标 。
关键词 ：优化 蚁群 算法；Ｇ Ａ 算法 ；路径规 划 Ａ
Ｒｏ ｏ ｔ ａ ｉ ｇ Ｂａ ｅ ｎ Ｉ ｐ ｏ ｅ ｔＣｏ ｏ ｙ Ｏｐ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ ｂ ｔ Ｐａ ｈ Ｐｌ ｎｎ ｎ ｓ ｄ ｏ ｍ ｒ ｖ ｄ Ａｎ ｌ ｎ ｔｍ ｚ ｔｏ
ＲＥＮ ｕ － ｎ ． Ｃｈ ｎ ｍｉ ｇ ＺＨＡＮＧ ｉｎ－ｕ Ｊａ ｘ ｎ （． ｏｌｇ ｆｎｏｍａ ｏ ｅｈ ｉａ ａｄＳ ｉｎ ｅＮａ ｋ ｉｅｓｔ， ｉｎｉ ０ ０ １ Ｃ ｌ ｅｏ ｆｒ ｔ ｎＴ ｃ ｎｃｌ ｎ ｃｅｃ ， ｎ ｍ Ｕｎｖ ｒ ｙ Ｔａ ｊ ３０ ７ ； ｅ Ｉ ｉ ｉ ｎ １ ２ Ｄ ｐｒ ｎ ｆ ｎｏ ａ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙＴａｊ ｉｅｓｙｏ ｉａ ｃ ｎ ｃｎ ｍｉｓＴａｊ ０ ２ ２ ． ｅ ａｔ ｔ ｆｒ ｔ ｎＳ ｉｎ ｅ ｄ ｃｎ ｌｇ ， ｉｎｉ Ｕｎｖ ｒｉ ｆ ｎｎ ｅａ ｄＥ ｏ ｏ ｃ， ｉｎｉ ３ ０ ２ ） ｍｅ ｏ Ｉ ｍ ｉ ａ Ｔ ｎ ｔ Ｆ ｎ ［ ｓ ａ ｔ ｈｓｐｐ ｒ ｉｌ ｅｅｒｈ ｓｈ ｒｂｅ ｏ ａｈｐａｎｎ ｎｎ ｖｇ ｔ ｎｏ ｂ ｔＴ ｅａｇ ｒｈ ｄ ｓｒ ｅ ｅｅｖｒｎ ｎ ｆ ｏｏ Ａｂ ｔ ｃ］Ｔ ｉ ａｅ ｎｙｒｓａｃ ｅ ｅ ｏ ｌｍ ｆ ｔ ｌ ｉｇｉ ａ ｉａ ｏ ｆ ｏ ｏ． ｈ ｌｏ ｔｍ ｅｃ ｂ ｓ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｂ ｔ ｒ ｍａ ｔ ｐ ｐ ｎ ｉ ｒ ｉ ｉ ｈ ｔ ｏ ｏｒ
中圈分类号。 Ｐ４ Ｔ２
基 于优 化 蚁 群 算 法 的机 器人路 径 规 划
任春 明 ，张建勋
（． １ 南开大学信息技术与科 学学院，天津 ３ ０ ７ ；２ 天津 财经大学信息科 学与技 术系 ，天津 ３ ０ ２ ） ００ ． １ ０２２
摘
要：研究机器人导航 中的路径 规划问题 ，运用栅格法和 图论思 想建立 环境模 型，在 该模 型中通过蚁群算法进行路径 寻优，提 出用遗 传
维普资讯 http://www.cqvip.com
第３ 卷 第 ｌ 期 ４ ５
Ｖ ３４ ｏＬ
・
计
算
机
工
程
２０ ０８年 ８月
Ａｕ ｕ ｔ ２ ０ ｇ ｓ ０ ８
Ｎ ｏ ｌ５ 。
Ｃｏ ｐ ｔ ｒＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｍ ｕ ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ
博士 论 文 ・
文章编号。１ ｏ－４８ ０８ ５ ００—０ 文献标识码。 ｏ —３ （ ０） — ０１ ３ ０ ２２ １ Ａ
［ ｙｗｏｄ ］Ａｎ ｏｏｙＯ ｔ ｚｔ ｎＡＣ ； Ｋｅ ｒ ｓ ｔ ｌｎ ｐ ｍｉａ ｏ （ Ｏ）ＧＡＡａｇ ｒｈ ｐｔ ｌ ｎｎ Ｃ ｉ ｉ ｌｏ ｔｍ； ａ ｐａ ｉｇ ｉ ｈ ｎ
满足一定优化指标 的无碰撞路径 。 Ｓ表示无碰撞 的 自由位 以Ａ 形空 间，路径规划 问题可 以描述为 ：给定一个起始结点 ｇ 和 目标结点 ｇ ，在 Ａ Ｓ中寻找一条连接这 ２点的连续曲线，
Fra Baidu bibliotek
。
路径规 划是在起 始点 和 目标点已知的情况下 ，按某一给
定的性能指标搜 索一条从起 始点到 目标点近似最优的无碰路
径。根据环境信息 已知程度的不 同，路径规划可分为 ２种类 型 ：（） １环境信息已知的全 局路径规划 ；（） ２环境信息未 知或部 分未 知，必须 用传感器进行实 时环境探测 以获取 障碍 物信息
的局部路径 规划 。路径规划算法 的计 算量取 决于 任务、环境 的复杂度 以及对规划路径 的质量要求 。 本文研究 的全局路径规划包括环境建模和路径搜 索策 略 ２个方面 。环境建模 的主要方法有可视 图法 、 自由空间法和
ｍａ ｉｇｕ ｅｏ ｉ ｉ ｉ ｏ ．ｎ ｔｉ ｅ ｖｒ ｎ ｎ ， ｔ ｏ ｏ ｙＯｐ ｍｉａ ｏ （ ｋｎ ｓ ｆｇ ｄ ｄｖｓ ｎ Ｉ ｓ ｎ ｉ ｍｅ ｔ Ａｎ ｌｎ ｔ ｚ ｔ ｎＡＣＯ） ｓ ｓ ｄｔ ｏｐ ｔ ｌ ｎｎ ． ｈ Ｏ ｒ ｖ ｄｂ ｅ ｄ ａｏ ｒ ｉ ｈ ｏ Ｃ ｉ ｉ ｉ ｕ ｅ ｄ ａｈｐ ａ ｉ ｇ Ｔ ｅＡＣ ｉ ｉ ｏ ｅ ｙｔ ｅ ｆ Ｏ ｎ ｓ ｍｐ ｈｉ Ｇ ｎ ｔ ｇ ｒｔｍ（ Ａ） ＧＡ ａｇ ｒ ｈ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｄ Ｓｍｕａｉｎ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ａ ｔｅｍｅｈ ｄ Ｃ ｆ ｃ ｖ ｌ ｒ ｖ ｅｓ ｅ ｄ ｏ ａｈｓ ａｃ ｉ ｇ ｅ ｅ ｃＡｌｏｉ ｉ ｈ Ｇ ， Ａ ｌｏ ｉ ｍ ｒ ｓｎ ｅ ． ｉ ｌ ｏ ｕｔ ｓ ｏ ｔ ｔ ｔｏ ａ ｅ ｅ ｔ ｅ ｉ ｏ ｅｔ ｅ ｆ ｔ ｅ ｒｈ ｎ ， ｔ ｓ ｔ ｅ ｓ ｈ ｈ ｎ ｉ ｙ ｍｐ ｈ ｐ ｐ
并满足某些性能指标 ，或者 确定不存在这样的连接。
机器人 的路径规划 主要包括环境建模、路径搜索、路径 平滑等环 节 】 。建立环境模 型是机器人路径规划 的一个重 要 环节 。机器人 的工作空 间是一个现 实的物 理空间，而路径规
栅格法等 。与前 ２种方法相比 ，栅格 法具有精度高、易于 实 现 等特点 ，因此 ，被广泛采用 ０路径规划 的主要搜索策 略有
ｌ 概 述
智能移动机器人导航主要包括定位、避障和路径规划 等
任务 。路径 规划问题 是移 动机 器人工作最重要 的基本环节之
一
的路 径规 划中 。
２ 问题描述及环境模型的建立
２１ 问题描 述 ． 移动机器 人最基本的路径规划 问题是在完全 已知 的静态 障碍物之 间，为机 器人寻找一条从给定 的起始点到 目标点的
算法 的思想 改进 已有蚁群 算法，即 Ｇ Ａ 算法 。仿真实验结果表 明，该算法能有效地提高机器 人的路 径搜索速度及路径优化 、路径平滑 等 Ａ
方 面 的指 标 。
关键词 ：优化 蚁群 算法；Ｇ Ａ 算法 ；路径规 划 Ａ
Ｒｏ ｏ ｔ ａ ｉ ｇ Ｂａ ｅ ｎ Ｉ ｐ ｏ ｅ ｔＣｏ ｏ ｙ Ｏｐ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ ｂ ｔ Ｐａ ｈ Ｐｌ ｎｎ ｎ ｓ ｄ ｏ ｍ ｒ ｖ ｄ Ａｎ ｌ ｎ ｔｍ ｚ ｔｏ
ＲＥＮ ｕ － ｎ ． Ｃｈ ｎ ｍｉ ｇ ＺＨＡＮＧ ｉｎ－ｕ Ｊａ ｘ ｎ （． ｏｌｇ ｆｎｏｍａ ｏ ｅｈ ｉａ ａｄＳ ｉｎ ｅＮａ ｋ ｉｅｓｔ， ｉｎｉ ０ ０ １ Ｃ ｌ ｅｏ ｆｒ ｔ ｎＴ ｃ ｎｃｌ ｎ ｃｅｃ ， ｎ ｍ Ｕｎｖ ｒ ｙ Ｔａ ｊ ３０ ７ ； ｅ Ｉ ｉ ｉ ｎ １ ２ Ｄ ｐｒ ｎ ｆ ｎｏ ａ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙＴａｊ ｉｅｓｙｏ ｉａ ｃ ｎ ｃｎ ｍｉｓＴａｊ ０ ２ ２ ． ｅ ａｔ ｔ ｆｒ ｔ ｎＳ ｉｎ ｅ ｄ ｃｎ ｌｇ ， ｉｎｉ Ｕｎｖ ｒｉ ｆ ｎｎ ｅａ ｄＥ ｏ ｏ ｃ， ｉｎｉ ３ ０ ２ ） ｍｅ ｏ Ｉ ｍ ｉ ａ Ｔ ｎ ｔ Ｆ ｎ ［ ｓ ａ ｔ ｈｓｐｐ ｒ ｉｌ ｅｅｒｈ ｓｈ ｒｂｅ ｏ ａｈｐａｎｎ ｎｎ ｖｇ ｔ ｎｏ ｂ ｔＴ ｅａｇ ｒｈ ｄ ｓｒ ｅ ｅｅｖｒｎ ｎ ｆ ｏｏ Ａｂ ｔ ｃ］Ｔ ｉ ａｅ ｎｙｒｓａｃ ｅ ｅ ｏ ｌｍ ｆ ｔ ｌ ｉｇｉ ａ ｉａ ｏ ｆ ｏ ｏ． ｈ ｌｏ ｔｍ ｅｃ ｂ ｓ ｎ ｉ ｍｅ ｔ ｂ ｔ ｒ ｍａ ｔ ｐ ｐ ｎ ｉ ｒ ｉ ｉ ｈ ｔ ｏ ｏｒ
中圈分类号。 Ｐ４ Ｔ２
基 于优 化 蚁 群 算 法 的机 器人路 径 规 划
任春 明 ，张建勋
（． １ 南开大学信息技术与科 学学院，天津 ３ ０ ７ ；２ 天津 财经大学信息科 学与技 术系 ，天津 ３ ０ ２ ） ００ ． １ ０２２
摘
要：研究机器人导航 中的路径 规划问题 ，运用栅格法和 图论思 想建立 环境模 型，在 该模 型中通过蚁群算法进行路径 寻优，提 出用遗 传
维普资讯 http://www.cqvip.com
第３ 卷 第 ｌ 期 ４ ５
Ｖ ３４ ｏＬ
・
计
算
机
工
程
２０ ０８年 ８月
Ａｕ ｕ ｔ ２ ０ ｇ ｓ ０ ８
Ｎ ｏ ｌ５ 。
Ｃｏ ｐ ｔ ｒＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｍ ｕ ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ
博士 论 文 ・
文章编号。１ ｏ－４８ ０８ ５ ００—０ 文献标识码。 ｏ —３ （ ０） — ０１ ３ ０ ２２ １ Ａ