移动机器人环境建模与路径规划的研究

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移动机器人是目前一种集合环境感知与预测、行为控制与执行、动态决策与规划等多项功能于一体的高智能化的机器系统。然而移动机器人环境建模、路径规划是移动机器人研究的最基本、最关键的环节之一。所以本文以移动机器人静态环境建模、路径规划为主要研究内容,继而展开了对与路径规划相关的算法改进。本文的研究内容有以下四点:首先,采用栅格法进行环境建模。它便于对环境的理解,利于路径表达和编码;按照启发函数,采用A *算法搜索路径,节省了后续遗传算子的搜索时间;通过标记栅格点的可通行性,避免程序重复进入“死胡同”。采用链接图法进行环境建模。它可以不受真实障碍物形状和大小的限制,更符合实际情况;继而对链接图法进行改进,使其应用范围更广;然后利用Dijkstra算法的优点在链接图法中规划出初始路径。其次,在改进的遗传算法路径规划中,通过对适应度函数的改进,避免了两项加权求和而引起的优化不稳定问题;加入改进的路径选择操作,解决了生成初始种群时和遗传操作过程中出现的不可行路径的问题;为了防止传统遗传算法收敛过早,采用单纯多种群互相进化方法,并进行多次仿真实验验证了算法的可行性和有效性。最后,在改进的蚁群算法路径规划中,通过改进路径的编码方法,减小了计算量;选择路径节点时,引进夹角概念,在选择下一结点时,优先选择与目标点夹角较小的点,以避免蚂蚁走弯路;采用改进的信息素更新策略,对已有的精英蚂蚁加入自适应调节参数ρ,有效的提高了算法的收敛速度。
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