化工灾害搜救机器人路径规划研究.pdf

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1、第33卷第9期计算机仿真2016年9月文章编号：l006—9348(2016)09一0392一04化工灾害搜救机器人路径规划研究周旺平，巩力源，王雅(南京信息工程大学信息与控制学院，江苏南京2loo“)摘要：在搜救机器人路径规划中，要求用最短的时间搜索一条完全避开有害物质区域的逃生路径，以提高化工灾害搜救机器人路径规划的效率。传统的遗传算法，在路径规划时耗时长，不能避开有害物质的区域。针对上述问题，提出相似遗传算法，在适应函数中加人安全性能评判因子，引入修复算子修复初始路径，仿真结果表明，应用相似遗传算法求解解化工灾害机器人路

2、径规划问题可以得到较好的结果，优化搜救机器人路径规划效率。关键词：遗传算法；栅格法；多机器人系统：路径规划中图分类号：TP2426文献标识码：BChemicalDisasterRescueRobotPathPlanningZHOUWang—ping，GONGLi—yuan，WangYa(InstituteofInfomlationandControl，NanjingInfornlationEngineeringUniversity，JiangsuNanjing210044，China)ABSTRACT：Inthepathpla

3、nningofthechemicaldisastersearchandrescuerobot，itisadimcultpmblemthatsearchingforanescaperoutetoavoidtheareaofhazardoussubstanceswiththeshortesttime．Traditionalgenetical—gorithmtakeslongtimeandcannotavoidtheareaofha几nfhIsubstances．Inordertoaddresstheproblem，similarg

4、e—nelicalgorithmwasproposed，addingsecu^typer’fbrlnanceevaluationfactorinadaptationfhnctionandrepairingtheinitialpathbyintroducingtherepairoperator．ThesimulationI-esultindicatesthatusingthesimilargeneticalgorithmcansolvethepathplanningpmblemofchemicalhazardrobotandob

5、tainbetterresults．KEYWoRDS：Geneticalgorithm；Gridmethod；Searchandrescuembot；Pathplanning1引言随着传感器技术、现代控制理论和人工智能的飞速发展，使得机器人技术突飞猛进，机器人被广泛的应用于防爆排爆，矿难灾害现场搜救等高危行业。日本东京工业大学的广濑茂男实验室研究的机器人“Soryu”通过无线摇操作可以深入狭窄废墟对幸存者进行定位“。哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，根据矿难发生后井下环境的真实性，以矿难前的GIS地图为基础建立栅格

6、模型，采用局部避障和遗传算法结合的方式实现了矿难机器人的路径规划’2o用于矿难现场搜救。由此可见，搜救机器人路径规划是救援工作成功与否的关键因素。目前，路径规划常用的有栅格法『3一，人工势场法5‘6，遗传算法’8’91，蚁群算法‘1⋯。虽然近几年国内的机器人技术发展硕果累累，但是大多数的机器人技术是针对于矿难搜救的应用，涉及化工灾害的机器人技术的应用研究微乎其微，随着国家经济蓬勃发展，化工产业迅速崛起，在助力经济发展的同时对安全生产带来了很大的挑战，化工灾害搜救机器人技术的研究迫在眉睫。化工灾害收稿日期：2015一lO一26修

7、回日期：2015一ll一22—392一发生时，有害物质扩散，使得原有的逃生路径被阻断，被困人员位置确定后，如何用最短的时间由搜救机器人搜索一条安全的逃生路径，引导被困人员到达安全区域，是化工灾害机器人路径规划的难点，传统的遗传算法，耗时长，不能避开有害物质区域，针对该问题因此本文提出相似度遗传算法，在适应度函数中加入化工安全性能评判因子，并针对化工灾害的有害区域提出来一种修复算子，使逃生路径完全避开有害物质区域，同时解决了传统遗传算法编码相似度高引起的机器人路径规划时间长的问题，在第二节描述了化工灾害路径规划的模型、相似遗传算

8、法、算法步骤，第三节使用本文算法对该模型求解，第四节在不同的化工灾害模型中，对本文算法与传统遗传算法的仿真结果进行对比，表明本文算法的优越性。2搜救机器人路径规划原理将机器人看成质点，工作环境为二维空间，以步长5作为栅格的长度。机器人运行范围的长度为L，宽度为彤，栅格数为7’