基于改進(jìn)蟻群算法的機(jī)器人三維路徑規(guī)劃技術(shù)的研究.pdf

1、移動(dòng)機(jī)器人的路徑規(guī)劃技術(shù)是機(jī)器人研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。三維空間路徑規(guī)劃問(wèn)題是在具有約束的環(huán)境中（如含有固定障礙物）按照一定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（如路徑最短），規(guī)劃出一條從起點(diǎn)位置到終點(diǎn)位置滿足約束條件的相對(duì)最優(yōu)路徑。近年來(lái)，關(guān)于在三維空間中工作的移動(dòng)機(jī)器人（如微型飛行機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、無(wú)人水下航行器、自主式水下機(jī)器人、爬壁機(jī)器人等）的研究不斷深入，三維空間的路徑規(guī)劃問(wèn)題是此類機(jī)器人研究的基本問(wèn)題之一，也是反映機(jī)器人智能水平的重要標(biāo)志之一。有關(guān)三維

2、路徑規(guī)劃問(wèn)題的研究，人們從多方面進(jìn)行了探索和研究，取得了很多成果，但仍存在一些問(wèn)題有待深入研究。蟻群算法(ACO)是一種用于求解組合優(yōu)化問(wèn)題的新興啟發(fā)式優(yōu)化算法，最初被用于求解旅行商問(wèn)題。由于蟻群算法性能優(yōu)異，至今仍然是人們研究的熱點(diǎn)。
　　 本文根據(jù)移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃算法的研究現(xiàn)狀以及向智能化發(fā)展的趨勢(shì)，提出了一種基于改進(jìn)蟻群算法的機(jī)器人三維空間路徑規(guī)劃方法。主要完成了如下工作:
　　 首先對(duì)國(guó)內(nèi)外移動(dòng)機(jī)器人路徑規(guī)劃技

3、術(shù)的研究現(xiàn)狀和方法進(jìn)行了系統(tǒng)的歸納和總結(jié)，分析了其各自的優(yōu)點(diǎn)和不足之處，為本論文的研究工作奠定了重要的基礎(chǔ)。
　　 其次，介紹了基本蟻群算法的思想以及數(shù)學(xué)模型，描述了參數(shù)對(duì)基本蟻群算法性能的影響，介紹了評(píng)價(jià)算法的性能指標(biāo)，并總結(jié)了基本蟻群算法的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　 再次，構(gòu)造簡(jiǎn)單三維工作空間，采用柵格法建立機(jī)器人路徑規(guī)劃工作空間模型;對(duì)基本蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，并將改進(jìn)蟻群算法用于移動(dòng)機(jī)器人三維空間路徑規(guī)劃;用MATLAB軟件

4、進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果顯示了改進(jìn)蟻群算法在路徑最優(yōu)值以及路徑規(guī)劃時(shí)間上都要優(yōu)于基本蟻群算法。
　　 最后，構(gòu)造三維地形環(huán)境，同樣采用柵格法建立機(jī)器人路徑規(guī)劃工作空間模型;運(yùn)用改進(jìn)蟻群算法進(jìn)行機(jī)器人的三維地形路徑規(guī)劃，并用MATLAB軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果顯示了改進(jìn)蟻群算法的路徑最優(yōu)值以及路徑規(guī)劃時(shí)間都要優(yōu)于基本蟻群算法;對(duì)算法的最佳性能指標(biāo)、時(shí)間性能指標(biāo)、魯棒性能指標(biāo)進(jìn)行了比較分析，結(jié)果顯示改進(jìn)蟻群算法在各項(xiàng)指標(biāo)上都要優(yōu)于基

5、本蟻群算法;緊接著對(duì)改進(jìn)蟻群算法的收斂性進(jìn)行分析，結(jié)論證明了改進(jìn)蟻群算法的可行性。
　　 本文對(duì)基本蟻群算法主要做了如下改進(jìn):(1)將蟻群算法應(yīng)用于三維路徑規(guī)劃過(guò)程中，把信息素釋放在節(jié)點(diǎn)上而不是在節(jié)點(diǎn)邊上，節(jié)省存儲(chǔ)空間，降低運(yùn)算量;(2)算法的啟發(fā)式函數(shù)設(shè)計(jì)采用路徑最短與路邊約束相結(jié)合的策略，提高了算法的有效性;(3)信息素的更新策略采用全局信息素和局部信息素相結(jié)合的更新方式，能較好的克服基本蟻群算法計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、易出現(xiàn)停滯等缺陷