改进粒子群算法在机器人路径规划中的应用.pdf

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1、‘ComputerEngineeringandApplications计算机工程与应用2011。47(25)241改进粒子群算法在机器人路径规划巾的应用马千知，雷秀娟MAQianzhi，LEIXiujuan陕西师范大学计算Oral-学学院，西安710062CollegeofComputerScience，ShaanxiNormalUniversity。Xi’an710062。ChinaMAQtanzhi·LEIXlujUaU．Applicationofimprovedparticleswarmoptimization

2、algorithminroboticpathplanning．ComputerEngineeringandApplications。2011．47(25)：241-244．Abstract：Accordingtothedefectofparticleswsrmoptimizationthatitiseasilytofallintolocaloptimalsolution，combin-ingwiththemodelofroboticpathplanning，anovelparticleswarmoptimizafio

3、nwithperturbationmechanismisproposed．Inperturbationmechanism。也enewmodifledparticlesaieproducedtotakeplacesofthoseparticleswhichkeepnoevolution．Thismethodleadsthealgorithmtofmdthefeasiblepathandishelpfulforescapingthelocaloptimalsolution．Simulationexperimentsare

4、alsodoneinthispaper，andtheresultsofcomputersimulationcomparedwithtraditionalalgorithmsdemon·stratcthesuperiorityoftheenhancedalgorithm．．Keywords：particleswarmoptimization；perturbationmechanism；roboticpathplanning摘要：针对粒子群优化算法易过早收敛而陷入局部最优的缺陷，结合移动机器人全局路径规划问题模型，提出一

5、种带扰动机制的粒子群优化算法．对于进入进化停滞状态的个体，采用个体修正策略产生新个体将其替代，来引导算法搜索可行路径，帮助粒子逃离局部极值．仿真实验表明，与其他算法相比，谊算法具有更好的搜索精度和全局寻优能力．关键i．d：粒子群优化；扰动机制：机器人路径规划DOI：10．37788．issn．1002-8331．2011．25．064文章编号：1002-8331(2011)25—0241-04文献标识码：A中图分类号：TP242．6l引言路径规划是移动机器人应用中一项非常重要的技术，也是移动机器人研究的焦点问题。它是

6、指在有障碍物的工作环境中。寻找一条从给定起始点到终止点的较优的运动路径，使机器人在运动过程中能安全、无碰撞地绕过所有的障碍物，且所走路径较短。已有路径规划方法包括人工势场法、可视图法等．这些方法都存在一定的局限性，如人工势场法在相近的障碍物面前不能发现路径，可视图法有搜索路径复杂、效率不高的问题u1。近年来，不少学者将仿生智能算法如遗传算法、蚁群算法”l等用于机器人路径规划方法的研究，取得了显著的成果。粒子群优化算法作为新型仿生智能优化方法由于其搜索速度快、易于实现等沈点也被尝试用于求解路径规划问翘’5I，但由于其自

7、身易于陷入局部最优。以及在此问题中受复杂约束影响大等局限性．搜索结果并不理想。为防止种群过早收敛。本文在粒子群算法中引入了扰动机制．考虑到移动机器人路径规划问题约束的特殊性．设计了一种新的扰动机制，帮助粒子群算法寻找最优路径。文中首先对机器人路径规划问题进行建模，然后设计了相应的改进粒子群算法的实现策略．最后通过与基本粒子群算法(SPSO)以及其他改进粒子群算法(WPSO、CFPSO)的仿真实验结果比较分析说明了算法的有效性与合理性。2问题描述与建模在描述机器人路径规划之前，首先对机器人运动环境进行设定：(1)机器人

8、在二维有限空间运动。(2)机器人运动空间中分布着有限个已知的静态障碍物，这里障碍物用已知位置和大小的各种凸多边形和圆来表示。在实际问题中．可将障碍物近似为这两种形状模型。(3)考虑到机器人本身有一定大小．将障碍物半径按机器人大小向外拓展，这样机器人就可以看作—个质点。移动机器人全局路径规划的任务是在—个已知障碍物的静态环境中，寻找一条从起始点到