基于模擬退火—量子遺傳算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃研究.pdf

1、路徑規(guī)劃技術(shù)是移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要問題。移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃是指在分布若干障礙的環(huán)境中，按照某一個(gè)或多個(gè)評價(jià)準(zhǔn)則（如規(guī)劃總路徑最短，規(guī)劃總時(shí)間最少，能量消耗最少等等），尋找從起始點(diǎn)到終點(diǎn)的一條滿足條件的最優(yōu)路徑，且使機(jī)器人在運(yùn)行過程中能夠安全的避開障礙物。傳統(tǒng)方法主要有基于圖論的方法:如可視圖法、自由空間法、柵格法、Voronoi圖法以及人工勢場方法等。最近發(fā)展應(yīng)用較快的智能規(guī)劃方法主要運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、遺傳算法、蟻群算法

2、等理論。結(jié)合多種理論各自特點(diǎn)進(jìn)行路徑規(guī)劃是今后研究的一個(gè)主要方向。
　　 本論文根據(jù)目前路徑規(guī)劃技術(shù)的發(fā)展趨勢，提出將量子遺傳算法作為核心算法，利用其編碼染色體占用空間小、算法收斂速度快、旋轉(zhuǎn)更新尋優(yōu)強(qiáng)等特點(diǎn)，結(jié)合模擬退火算法中的Metropolis準(zhǔn)則以一定的概率接受惡化解，從而保證了算法在快速收斂的同時(shí)能夠全局尋優(yōu)，避免“早熟”。接著對移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃環(huán)境進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，給出了適應(yīng)度函數(shù)和模擬退火-量子遺傳路徑規(guī)劃算法流程

3、，并且用matlab仿真驗(yàn)證了算法的可行性和有效性。
　　 然后，開發(fā)設(shè)計(jì)了一款小型移動(dòng)機(jī)器人，建立了移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型作為運(yùn)動(dòng)控制的基礎(chǔ);對機(jī)器人進(jìn)行力學(xué)分析從而改進(jìn)結(jié)構(gòu)參數(shù);設(shè)計(jì)虛擬原型的零部件和裝配過程;開發(fā)了基于微處理器的機(jī)器人控制系統(tǒng)和基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸系統(tǒng);開發(fā)了上位機(jī)軟件對程序進(jìn)行模塊化封裝，簡化了編程。
　　 最后，搭建了迷宮路徑規(guī)劃實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分別比較了單機(jī)器人路徑規(guī)劃傳統(tǒng)算法（Dj