基于改進(jìn)遺傳算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃與仿真

李剛+魚佳欣+郭道通+鄒楊

針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法解決機(jī)器人處于障礙環(huán)境下尋找最優(yōu)路徑局部尋優(yōu)精度較差、規(guī)劃效率低的問(wèn)題，提出一種改進(jìn)遺傳算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法。該算法采用一維編碼表示路徑， 構(gòu)造了路徑最優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和適應(yīng)度函數(shù)，利用多個(gè)種群拓寬搜索空間，提高了規(guī)劃效率，采用保優(yōu)選擇策略，避免陷入局部最優(yōu)。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)遺傳算法比標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法路徑規(guī)劃質(zhì)量高，能夠獲得平滑的低代價(jià)路徑，穩(wěn)定性好，是機(jī)器人路徑規(guī)劃的一種較好的方法，且具有一定的推廣意義。

機(jī)器人路徑規(guī)劃問(wèn)題一直是機(jī)器人學(xué)的一個(gè)重要研究課題. 也是目前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。機(jī)器人路徑規(guī)劃問(wèn)題是指在有障礙物的工作環(huán)境中， 如何尋找一條從給定起點(diǎn)到終止點(diǎn)的較優(yōu)的運(yùn)動(dòng)路徑， 使機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能安全、無(wú)碰撞地繞過(guò)所有的障礙物， 且所走路徑最短.本質(zhì)是多約束多目標(biāo)的最優(yōu)化問(wèn)題[1]。

采用智能優(yōu)化算法求解航跡規(guī)劃問(wèn)題是目前使用的主流方法。文獻(xiàn)[2]中，蟻群算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃需要存儲(chǔ)的信息多，在搜索過(guò)程中易出現(xiàn)停滯現(xiàn)象或陷入死循環(huán);文獻(xiàn)[3]中的人工勢(shì)場(chǎng)法雖便于底層的實(shí)時(shí)控制，但缺乏全局信息，存在局部最優(yōu)值的問(wèn)題;文獻(xiàn)[4]中，模糊推理法最大的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性非常好， 但是模糊隸屬函數(shù)的設(shè)計(jì)、模糊控制規(guī)則的制定主要靠人的經(jīng)驗(yàn)。遺傳算法[6]已證明是一種全局搜索能力強(qiáng)的算法，具有強(qiáng)的魯棒性，并行性，但大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法對(duì)該問(wèn)題求解時(shí)局部尋優(yōu)精度較差，穩(wěn)定性不好[6]。

對(duì)此，本文提出一種改進(jìn)遺傳算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明了該方法是有效可行的。

結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法解決機(jī)器人處于障礙環(huán)境下尋找最優(yōu)路徑局部尋優(yōu)精度較差、規(guī)劃效率低的問(wèn)題，提出一種改進(jìn)遺傳算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法，并進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)表明該算法具有高的穩(wěn)定性，并減少了陷入局部最優(yōu)的可能，且規(guī)劃出的路徑精度更高。同時(shí)，提出的模型可引申應(yīng)用于類似情況下的路線規(guī)劃問(wèn)題，具有一定的推廣意義。