[发明专利]一种求解三目标机器人路径规划问题的方法

摘要

本发明公开了一种求解三目标机器人路径规划问题的方法，包括考虑机器人本身大小而寻找移动路径的方法，路径周边障碍栅格区域的判断方法和求解三目标机器人路径规划问题的算法。本发明由于考虑了机器人本身大小，防止机器人在狭窄路径与障碍栅格发生碰撞，具有更好的实用性，提出了一种依据当前路径的位置和大小来判断当前路径周边障碍栅格的方法，并只考虑当前路径周边的障碍栅格对路径安全性的影响，提高了算法的计算速度；针对三目标问题的特点以及蚁群算法容易陷入局部最优的缺点，构建了判断算法陷入早熟的机制，依据当前解和支配解的分布情况，在已找到的支配解附近做微小的扰动，帮助算法脱离局部最优，找到质量更优的解。

主权项

一种求解三目标机器人路径规划问题的方法，其特征在于：方法如下：机器人在选择下一个栅格的过程中，除了要避开障碍栅格，还要避免与障碍栅格的碰撞，假定机器人为一半径为r的圆形质点，机器人从栅格0移动到栅格5的移动轨迹，如果考虑到机器人本身的大小，机器人从栅格0移动到栅格5会与障碍栅格2、3发生碰撞，因此，栅格5不能作为栅格0下一步移动的栅格，机器人从栅格0到栅格5移动的轨迹位于a、b、c、d所在区域，机器人在移动过程中需要先判断ad、bc、05三条线段是否会与障碍栅格区域发生相交，机器人需要保证在移动过程中不发生碰撞即要保证图中ad、bc、05三条线段都不都能与任何一个障碍栅格区域发生相交，线段ad、bc、05的数学公式如下：假设x[i]，y[i]表示出发点i的位置坐标(0号栅格)。i+1表示出发点可能移动的下一个点(5号栅格)，r为机器人的半径；线段ad公式如下：(y[i+1]-y[i])·x+(x[i]-x[i+1])·y+x[i+1]·y[i]-x[i]·y[i+1]-r·(y[i+1]-y[i])2+(x[i]-x[i+1]2=0]]>其中：线段bc公式如下：(y[i+1]-y[i])·x+(x[i]-x[i+1])·y+x[i+1]·y[i]-x[i]·y[i+1]+r·(y[i+1]-y[i])2+(x[i]-x[i+1]2=0]]>其中：线段05公式如下：(y[i+1]‑y[i])·x+(x[i]‑x[i+1])·y+x[i+1]·y[i]‑x[i]·y[i+1]＝0X∈[x[i]，x[i+1]] y∈[y[i]，y[i+1]；机器人选择下一个栅格移动的过程中，只要满足其移动路径不与障碍栅格发生碰撞的任意非障碍栅格都可作为备选栅格，机器人所在的每一段路径与该段路径附近障碍点的距离直接决定该路径的安全性，以路径中相邻两个栅格的中点(即每一段路径的中点)为原点，半径为R的圆作为该段路径的附近区域(R＝distij/2+r，distij表示该段路径的长度，r为机器人的半径)，如果在该区域内不存在障碍栅格，则表明该段路径安全性最佳，安全距离safedist可设置为一个较大的数，如果在该区域存在一个或多个障碍栅格，则计算各障碍栅格中心点到该段路径的距离，选取其中最小的值(如果只有一个障碍栅格，最小值即为该障碍栅格中心点到该段路径的距离)，并将该值设置为安全距离safedist。