改进遗传算法在机器人路径规划中的应用研究.pdf

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1、自动化技术与应用》20l0年第29卷第7期工业控制与应用ndustryControlandApplications改进遗传算法在机器人路径规划中的应用研究王·军1．彭鹏．徐存亮1(1．海军大连舰艇学院装备自动化系，辽宁大连l16018；2．91278部队，辽宁大连116041)摘要：针对静态环境下机器人全局无碰撞的路径规划问题，提出了一种将顶点图像法与遗传算法结合起来的路径规划的方法。利用顶点图像法建立了机器人的路径模型，将候选路径表示为二进制位串的形式。在此路径模型的基础上设计了适应度增量计算法，

2、提高了算法的收敛速度。提出了将差距大的染色体进行配对的改进染色体配对方式，保证了种群的多样性。仿真实验结果验证了该方法的有效性和可行性。关键词：机器人；路径规划；顶点图像法；遗传算法中图分类号：TP242．6文献标识码：A文章编号：10037241(2010)07—0012—04ImprovedGeneticAlgorithmBasedOnPathPlanningforRobotWANGJun，NIUZhi-yong，PENGPeng2(1．DepartmentofEquipmentAutomati

3、on，DalianNavalAcademy,Dalian116018China；2．Unit91278，Dalian116041China)Abstract：Thispaperstudiesanapproachtotheglobalcollision—freepathplanningforrobotinthestaticcircumstancewiththevertex—imagemethodandthegeneticalgorithm，andproposedanenvironmentmodelof

4、therobotbyvertex—imagemethod，andacquiredbinarycodeofthepath．Basedonthebinarypathmodel，thispaperdesignesanincrementalfitnessfunctiontoexpeditethecalculation，andpointsanadvancedchromosomematingmodeaccordingtothestrikingcontrastofthechromosomestoensurethe

5、diversityofthegroup．Thevalidityandfeasibilityareverifiedthroughsimulationtest．Keywords：robot；pathplanning；vertex—imagemethod；geneticalgorithm1引言法形象直观、遗传算法鲁棒性强的长处，又避免了过大路径规划是机器人的关键技术之一，也是一类重要的计算量。的优化问题，其主要任务是在具有障碍物的环境内，寻找一条恰当的从起点到终点的运动路径，使机器人在运动过2机器人路径模

6、型的建立程中能安全、无碰撞地绕过所有的障碍物，并且路径最短2．1基本假设或者行走时间最短等[1,21。传统的路径规划算法，如人工势本文的研究任务是在全局信息已知的静态环境下，场法、图搜索法等，大多有一些不足之处，如容易陷入局寻找出一条机器人从起始点到目标点的无碰撞最短路径。部极小、计算量大、对环境的适应性不强等。目前，基于为此研究中将机器人视为质点，将全局环境设为不考虑人工智能的方法，如模糊控制、神经网络、遗传算法等，高度的平面环境，并且将所有障碍物均设为凸多边形。由于其优良的鲁棒型，得到了广泛的重

7、视与应用[3．4】。2。2机器人活动环境的描述本文将遗传算法与顶点图像法进行综合。顶点图在机器人的工作空间XOY平面中，以机器人的起像法用于建立机器人路径的数学模型。利用改进的遗点为原点，以起点——终点的连线方向为+方向，建立传算法对可选路径进行寻优。这样既综合了顶点图像新的直角坐标系xO’Y，如图1所示【ll。新坐标系的优势在于，仅仅根据横坐标就可以判断收稿日期：201O-03—08出一个点距离起点和终点的远近，也为简化遗传算法的12IcrI翳dAIT嘶n&^p障麓_io憾工业控制与应用《自动化技

8、术与应用》2010年第29卷第7期ndustryControlandApplications编码打下了基础。径已经表示成了二进制位串，可以直接作为遗传算法染色体的，对其使用遗传算子。3．2适应度函数的构造和计算3。2．1确定适应度函数对于本文中的路径规划问题，适应度函数的构造考虑了以下两个方面的要求：①由于适应度函数要求最大化，因此应该使长度短的路径拥有较大的适应度，即适应度应是路径长度的单值减函数。所以，设计适应度函数为路径长度的倒数。②路径规划的基本要求是无碰撞，