基于改进遗传算法的机器人路径规划与仿真.pdf

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1、第34卷第2期计算技术与自动化VoI．34．NO．22015年6月ComputingTechnologyandAutomationJun．2015文章编号：1003—6199(2015)02—0024—04基于改进遗传算法的机器人u路一LK径一h～d一o规一幽eo．一～蚕}∞叫划=～_n一雪亘与一～¨p㈨一im一mn仿一．一0_删堇真李刚，鱼佳欣十，郭道通，邹杨(中国洛阳电子信息试验中心河南济源459000)摘要：针对标准遗传算法解决机器人处于障碍环境下寻找最优路径局部寻优精度较差、规划效率低的问题，提出一种改进遗传算法

2、的机器人路径规划方法。该算法采用一维编码表示路径，构造了路径最优化的目标函数和适应度函数，利用多个种群拓宽搜索空间，提高了规划效率，采用保优选择策略，避免陷入局部最优。仿真结果表明，改进遗传算法比标准遗传算法路径规划质量高，能够获得平滑的低代价路径，稳定性好，是机器人路径规划的一种较好的方法，且具有一定的推广意义。关键词：机器人；路径规划；改进遗传算法一．墨u一_吾一～一一一～∞～一-童=一捌量～中图分类号：TP212文献标识码：AROBOTRoutePlanningandSimulationBasedonImprove

3、dGeneticAlgorithmv_mu)～，～一眦e1一一～d_一薹一～ne～一e～一-三路径规划需要存储的信息多，在搜索过程中易出现1引言停滞现象或陷入死循环；文献[3]中的人工势场法虽便于底层的实时控制，但缺乏全局信息，存在局机器人路径规划问题一直是机器人学的一个部最优值的问题；文献[43中，模糊推理法最大的优重要研究课题．也是目前研究的热点领域。机器点是实时性非常好，但是模糊隶属函数的设计、模人路径规划问题是指在有障碍物的工作环境中，糊控制规则的制定主要靠人的经验。遗传算法l6(如何寻找一条从给定起点到终止点的

4、较优的运动GA)已证明是一种全局搜索能力强的算法，具有强路径，使机器人在运动过程中能安全、无碰撞地绕的鲁棒性，并行性，但大量实验结果表明，应用标准过所有的障碍物，且所走路径最短．本质是多约束遗传算法对该问题求解时局部寻优精度较差，稳定多目标的最优化问题l_】]。性不好。采用智能优化算法求解航迹规划问题是目前对此，本文提出一种改进遗传算法的机器人路使用的主流方法。文献E23中，蚁群算法]的机器人径规划方法，并进行了仿真实验，结果证明了该方收稿日期：2014—06—26作者简介：李刚(1977一)，男，山东l临沂人，工程师，

5、硕士，研究方向：智能算法、无人机航迹规划。十通讯联系人，E—mail：yujiaxingl682@126．corn第34卷第2期李刚等：基于改进遗传算法的机器人路径规划与仿真法是有效可行的。机器人的安全性能越高⋯d为路径点离所有障碍物的最小距离。若路径点在障碍物内，则取73．2为2路径规划方法无穷大。将式(3)，式(2)带入式(1)得到代价函数、移动机器人工作在一个具有障碍物的环境中，minW一∑[愚tdimin](4)．要求从起始点，无碰撞地移动到目标点。本文做如1下几点假设：(1)移动机器人在二维有限空间中能朝各个方

6、向匀速移动并且不考虑高度信息；(2)在3改进遗传算法设计机器人运动过程中，障碍物的几何形状、大小均不发生变化；(3)机器人可看作质点忽略不计。3．1算法框架如图2所示，采用多个种群增加种群多样性，2．1路径编码如图1所示，机器人路径是由多个路径点构成且各种群使用不同的控制参数同时进行标准遗传{(1，Y1)，，(X2，Y2)，．．(z一1，Y一1)，(X，Y)}，若算法，每迭代一次进行一次移民和人工选择运算，对X轴进行n等分(即公差为1的数列)，则路径点将选出各种群的最优值存到精华种群，最后从精华集合可巧妙地转化为(，Y，

7、⋯，Y一，Y}，将二维种群中获得最优个体。编码问题简化为一维编码问题。／．●●●)．．／图1路径编码示意图2．2路径代价机器人路径规划的指标主要包含油耗代价和障碍物代价。路径规划的目标就是要使整体代价最小，本文采用式(1)的代价函数来描述路径总体性能指标。minW一∑[最W+k2W](1)图2改进遗传算法框架其中，w为路径代价，为路径点总数，W和仂分别为第i段路径的电耗代价和障碍物代价。3．2算法原理愚为电耗代价的权重，愚。为障碍物代价的权重。k各种群取不同的控制参数。P和pm的取值方和k之和为1。机器人在速度恒定下，其

8、电耗代价式有许多种，而不同的搭配，优化结果差异很大。改与路径的长度成正比。如式(2)，z为第i段路径的长度。进遗传算法通过多个设有不同控制参数的种群协W：Z(2)同进化，同时兼顾了算法的全局搜索和局部搜索，障碍物代价是指机器人与障碍物不碰撞的代弥补标准遗传算法这一不足。价，与机器人的可探测指标相关联。令每个路径点标准