基于可拓遺傳算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃

時(shí)間：2021-02-18作者：深圳市龍華區(qū)曼哈頓自動(dòng)化設(shè)備商行瀏覽：140

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)機(jī)器人路徑規(guī)劃方法的研究主要有兩大類，傳統(tǒng)方法與智能方法。傳統(tǒng)方法主要包括：梯度法、柵格法、枚舉法、人工勢(shì)場(chǎng)法、自由空間法、A*等圖搜索方法及隨機(jī)搜索法等。其中梯度法易陷入局部較小點(diǎn)，圖搜索法、枚舉法不能用于高維的優(yōu)化問題，勢(shì)場(chǎng)法則存在丟失解的部分有用信息的可能。用于機(jī)器人路徑規(guī)劃的智能方法主要有模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等，而模糊方法主要用于在線的規(guī)劃中，自適應(yīng)性較差。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)于環(huán)境復(fù)雜的情況，規(guī)劃能力較差，遺傳算法則是目前應(yīng)用較多的一種方法，受到了廣大研究者的重視．但是，用遺傳算法進(jìn)行機(jī)器人路徑規(guī)劃時(shí)，隨機(jī)產(chǎn)生初始種群，種群規(guī)模大導(dǎo)致搜索空間較大，刪除冗余個(gè)體能力較差，大大影響了路徑規(guī)劃的速度，特別是環(huán)境復(fù)雜或多機(jī)器人路徑規(guī)劃時(shí)，這種缺點(diǎn)較是明顯。筆者在原有基于遺傳算法的機(jī)器人路徑規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上，引入了可拓學(xué)理論，對(duì)遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，以提高機(jī)器人路徑規(guī)劃的速度和能力。

1 基于柵格的可拓遺傳算法路徑規(guī)劃

可拓學(xué)是1983年由我國(guó)學(xué)者蔡文提出的一門原創(chuàng)性學(xué)科，主要研究不相容問題的轉(zhuǎn)化與解決的規(guī)律。經(jīng)過二十年的發(fā)展已經(jīng)形成了它的理論框架，并且在信息、知識(shí)生成、管理、營(yíng)銷、策劃、控制、數(shù)據(jù)挖掘等許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用?？赏貙W(xué)現(xiàn)在已經(jīng)成為人工智能領(lǐng)域中一個(gè)新的學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)。

本文將可拓理論應(yīng)用到遺傳算法中解決路徑規(guī)劃問題。

（1）采用可拓物元的表示方法來表示機(jī)器人的位置信息；

（2）將可拓學(xué)中的主要概念――關(guān)聯(lián)函數(shù)作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)；

（3）采用可拓工程方法中的三種可拓變換形式，豐富了遺傳算法的變異方式。

1.1 柵格表示模型

為了模擬機(jī)器人的工作環(huán)境需要對(duì)其工作空間建立模型，只考慮機(jī)器人工作空間的平面狀況，在二維空間中采用柵格法來建立機(jī)器人的工作空間模型，按照機(jī)器人及工作空間的大小來確定柵格的數(shù)目，以保證機(jī)器人可以在其中自由移動(dòng)。用直角坐標(biāo)法在矩形的工作空間中建立多個(gè)等值大小的小柵格(以10×10的柵格為例)。將直角坐標(biāo)法同序號(hào)法相結(jié)合使用，根據(jù)條件的不同按照映射關(guān)系進(jìn)行變換。自由空間和障礙物均可表示成柵格塊的集合。劃分后的機(jī)器人工作空間如圖2所示，圖中陰影區(qū)為障礙物。

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