一種機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于改進(jìn)覓食行為的人工魚(yú)群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，基于自由空間法的環(huán)境建模具有建模簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，由自由空間法建立自由鏈接線，連接自由鏈接線上的中點(diǎn)而構(gòu)成機(jī)器人自由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；通過(guò)Dijkstra算法搜索自由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)得到局部最短路徑，再利用改進(jìn)覓食行為的人工魚(yú)群算法對(duì)搜索到的算法進(jìn)一步優(yōu)化，最終得到全局最短路徑。該發(fā)明提供了搜索效率高的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及裝置。
【專利說(shuō)明】一種機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種機(jī)器人規(guī)劃路徑的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化的發(fā)展，機(jī)器人不在局限于制造業(yè)領(lǐng)域，在服務(wù)業(yè)、農(nóng)業(yè)也有所應(yīng)用。路經(jīng)規(guī)劃是移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的一個(gè)重要內(nèi)容，并直接影響到機(jī)器人完成任務(wù)的質(zhì)量。人工魚(yú)群算法由李曉磊等人于2002年基于魚(yú)群行為而提出的新型群體智能優(yōu)化算法，本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)人工魚(yú)群算法的覓食行為，改進(jìn)后的算法在收斂速度和搜索結(jié)果的滿意解域精確度上都得到明顯提高。目前機(jī)器人路徑規(guī)劃分為兩種:基于傳感器信息的局部路徑規(guī)劃和基于環(huán)境信息完全已知的全局路徑規(guī)劃。本發(fā)明涉及的機(jī)器人路徑規(guī)劃是基于環(huán)境信息完全已知的全局路徑規(guī)劃，傳統(tǒng)全局路徑規(guī)劃方法主要有:柵格法、可視圖法、拓?fù)浞ā⒆杂煽臻g法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。機(jī)器人路徑規(guī)劃的基本步驟是:1)建立環(huán)境模型，即建立基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境的相關(guān)抽象模型。2)搜索無(wú)碰撞路徑，利用搜索算法搜索符合條件的最短路徑。自由空間法具有建模簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。目前基于自由空間法的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法有很多種，例如基于自由空間法的Dijkstra算法路徑優(yōu)化方法。Di jkstra算法優(yōu)化的路徑只是局部最短路徑，并非是全局最短路徑?，F(xiàn)有搜索算法有收斂過(guò)快，無(wú)法搜索到全局最有值，或由于搜索效率低，收斂速度慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，基于改進(jìn)人工魚(yú)群算法搜索效率高，收斂速度快的特點(diǎn)，提出了基于改進(jìn)覓食行為的人工魚(yú)群算法搜索全局最短路徑方法，搜索效率高的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法及裝置。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，它包括如下步驟:
[0006](I)機(jī)器人路徑規(guī)劃基于環(huán)境信息完全已知的全局路徑規(guī)劃；在機(jī)器人路徑中把機(jī)器人簡(jiǎn)化成一個(gè)點(diǎn)，并在二維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人通過(guò)雙目視覺(jué)傳感器和測(cè)距傳感器感知自身當(dāng)前的位姿和障礙物的位置；
[0007](2)將雙目視覺(jué)傳感器和測(cè)距傳感器采集的環(huán)境信息中的障礙物處理成凸多邊形；
[0008](3)構(gòu)建基于自由空間法的機(jī)器人移動(dòng)鏈接圖模型；
[0009]設(shè)機(jī)器人的起始位置用start表示，終點(diǎn)位置用goal表示；用黑色多邊形代替障礙物，以多邊形頂點(diǎn)為端點(diǎn)的連線表示鏈接線，機(jī)器人自由移動(dòng)路線由鏈接線中點(diǎn)的連線構(gòu)成，連接各鏈接線中點(diǎn)組成機(jī)器人自由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；
[0010](4)通過(guò)Dijkstra算法求出機(jī)器人自由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)最短路徑；
[0011 ] 設(shè)鏈接線的中點(diǎn)i表示該鏈接線的路徑點(diǎn)i,則取鏈接線上的路徑點(diǎn)標(biāo)識(shí)序列數(shù)作為路徑編碼，如果起始點(diǎn)或終點(diǎn)不在鏈接線上，則連接該點(diǎn)(始點(diǎn)或終點(diǎn))與最近鏈接線中點(diǎn)連線構(gòu)成加入起始點(diǎn)或終點(diǎn)的新機(jī)器人自由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；設(shè)路徑點(diǎn)i與路徑j(luò)的權(quán)值為Wij,則對(duì)應(yīng)權(quán)值的表達(dá)式為:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于，它包括如下步驟: (1)機(jī)器人路徑規(guī)劃基于環(huán)境信息完全已知的全局路徑規(guī)劃；在機(jī)器人路徑中把機(jī)器人簡(jiǎn)化成一個(gè)點(diǎn)，并在二維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人通過(guò)雙目視覺(jué)傳感器和測(cè)距傳感器感知自身當(dāng)前的位姿和障礙物的位置； (2)將雙目視覺(jué)傳感器和測(cè)距傳感器采集的環(huán)境信息中的障礙物處理成凸多邊形； (3)構(gòu)建基于自由空間法的機(jī)器人移動(dòng)鏈接圖模型； 設(shè)機(jī)器人的起始位置用start表示，終點(diǎn)位置用goal表示；用黑色多邊形代替障礙物，以多邊形頂點(diǎn)為端點(diǎn)的連線表示鏈接線，機(jī)器人自由移動(dòng)路線由鏈接線中點(diǎn)的連線構(gòu)成，連接各鏈接線中點(diǎn)組成機(jī)器人自由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)； (4)通過(guò)Dijkstra算法求出機(jī)器人自由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)最短路徑； 設(shè)鏈接線的中點(diǎn)i表示該鏈接線的路徑點(diǎn)i，則取鏈接線上的路徑點(diǎn)標(biāo)識(shí)序列數(shù)作為路徑編碼，如果起始點(diǎn)或終點(diǎn)不在鏈接線上，則連接該點(diǎn)(始點(diǎn)或終點(diǎn))與最近鏈接線中點(diǎn)連線構(gòu)成加入起始點(diǎn)或終點(diǎn)的新機(jī)器人自由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；設(shè)路徑點(diǎn)i與路徑j(luò)的權(quán)值為Wij,則對(duì)應(yīng)權(quán)值的表達(dá)式為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，其特征在于，所述的適應(yīng)函數(shù)全局優(yōu)化搜索，再對(duì)聚群行為、追尾行為做具體描述，設(shè)在人工魚(yú)i通過(guò)雙目視覺(jué)傳感器和測(cè)距傳感器感知距離visual范圍內(nèi)的人工魚(yú)數(shù)量為m，則用V inext表示執(zhí)行聚群行為后的狀態(tài)，用X" inext表示執(zhí)行追尾行為后的狀態(tài)；具體公式表示如下:
3.根據(jù)權(quán)利要求1~2中任一項(xiàng)所述的一種機(jī)器人路徑規(guī)劃裝置，其特征在于，它包括一個(gè)能執(zhí)行人工魚(yú)群算法的機(jī)器人、機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)組成；其中機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)由一個(gè)雙目視覺(jué)傳感器、一個(gè)位移傳感器、一個(gè)測(cè)距傳感器組成； 雙目視覺(jué)傳感器用于獲取前方圖像和利用圖像中物體的形狀變化情況估計(jì)機(jī)器人與障礙物的距離； 位移傳感器用于測(cè)量機(jī)器人移動(dòng)位移； 測(cè)距傳感器用于測(cè)量機(jī)器 人與障 礙物的距離。
【文檔編號(hào)】G05D1/02GK103576680SQ201210260884
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月25日
【發(fā)明者】彭建盛, 李興, 羅觀, 劉云焰 申請(qǐng)人:中國(guó)原子能科學(xué)研究院