基于蟻群算法的移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃算法研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)自上世紀(jì)60年代以來，經(jīng)歷40多年的發(fā)展已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。而在污水處理廠，由于環(huán)境惡劣，某些工作不適合人工長(zhǎng)期工作，這就對(duì)污水處理廠的自動(dòng)化作業(yè)提出了很高的要求。污水處理廠巡檢機(jī)器人的研究正是基于此背景提出的。 移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃是一種比較典型的優(yōu)化問題，本身具有復(fù)雜性、約束性、非線性等特點(diǎn)。而污水處理廠自身的狀況也很復(fù)雜，因此要想實(shí)現(xiàn)污水處理廠巡檢機(jī)器人的自主行進(jìn)，就需要采用一種高效的路徑規(guī)劃算法。

2、 由于污水處理廠大環(huán)境基本是不變的，所以本文主要研究全局機(jī)器人路徑規(guī)劃問題。首先對(duì)目前機(jī)器人路徑規(guī)劃的發(fā)展現(xiàn)狀做了概述，總結(jié)各種算法的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)過對(duì)各種算法的比較研究后，決定采用基于蟻群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃。對(duì)蟻群算法基本原理，特征，幾種評(píng)價(jià)指標(biāo)以及收斂性進(jìn)行了詳細(xì)研究分析，在此基礎(chǔ)上引入遺傳算法，通過融合遺傳算法來提高蟻群算法的效率，避免陷入局部最優(yōu)，解決算法的收斂性問題。在具體設(shè)計(jì)時(shí)采用了最大-最小螞蟻系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)計(jì)相向并行

3、搜索策略及相遇策略來提高蟻群初始種群生成速度，采用螞蟻回退策略來防止螞蟻落入“陷阱”，設(shè)計(jì)啟發(fā)式概率搜索公式提高螞蟻搜索速度，對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)行平滑處理。在算法具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，通過大量實(shí)驗(yàn)來對(duì)蟻群算法本身各個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析研究，最終選擇最優(yōu)的參數(shù)組合來進(jìn)一步提高算法的效率。 盡管機(jī)器人在污水處理廠的工作大環(huán)境基本是不變的，但是在實(shí)際條件下，其環(huán)境還是可能發(fā)生微小的變化，比如某些時(shí)候會(huì)有些車停在某個(gè)位置或者在跑動(dòng)，真正的智能機(jī)器人需要能在環(huán)

4、境發(fā)生變化時(shí)同樣能做出正確的路徑規(guī)劃。所以本文最后研究了基于蟻群算法的局部路徑規(guī)劃，對(duì)動(dòng)態(tài)避障蟻群預(yù)測(cè)算法及避障策略進(jìn)行了探索研究。 在研究蟻群算法的基礎(chǔ)上，利用柵格法建立環(huán)境地圖，編寫了基于蟻群算法解決機(jī)器人路徑規(guī)劃的軟件。通過該軟件可以在環(huán)境地圖已知的情況下，快速規(guī)劃出一條最優(yōu)路徑。通過該軟件對(duì)改進(jìn)蟻群算法及傳統(tǒng)蟻群算法路徑規(guī)劃進(jìn)行了大量仿真實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)蟻群算法綜合性能指標(biāo)有所提高，算法在執(zhí)行