一种基于黏菌和随机搜索树的路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于黏菌和随机搜索树的路径规划方法。该方法避免了没有依据地扩张采样范围，提高采样算法的搜索能力，使用少量的样本节点快速地找到可行路径，在算法进行采样之前，根据黏菌寻优获得的初始解集作为避开障碍和复杂环境下寻路的启发式策略。黏菌算法在规划好的空间中寻找到“最短”路线，采样算法依此生成采样分布探索空间采集样本，探索空间主动避开障碍，更快搜索到最好路径。更快搜索到最好路径。更快搜索到最好路径。

【技术实现步骤摘要】
一种基于黏菌和随机搜索树的路径规划方法


[0001]本专利技术涉及路径规划算法领域，尤其是使用了随机搜索树相关算法，提高了在复杂环境下顺利规划安全路径的能力。

技术介绍

[0002]机器人路径规划是机器人学的一个基础研究领域，旨在为机器人在给定环境中找到一条无碰撞的路径(如果存在的话)。路径规划已经广泛应用于我们的日常生活中，在现代工业、自动驾驶、仿人机器人、机器人手术等领域，以及无数其他领域。
[0003]由于其广泛的应用，许多路径规划算法得到了发展，这些算法可以被泛泛地分为四类。一般，人工势场法(APF)、图搜索算法、基于仿生的元启发式算法和基于采样的算法被用来解决路径规划问题。APF方法通过由整个自由配置空间上的函数定义的人工势场函数来引导机器人的运动。沿着势的最陡下降方向寻找可行路径。然而，这种方法需要大量的计算时间，并且可能以局部最小值结束。基于图的算法，如A*算法和Dijkstra算法，具有概率完备性和最优性，这意味着如果存在最优解，它们总能找到最优解。但是得到的路径距离障碍物的间隙很小，并且时间成本和内存使用量随着问题规模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于黏菌和随机搜索树的路径规划方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：使用广义维诺图对障碍物进行预处理；其中，广义维诺图根据距离函数定义的，该函数测量点与障碍物之间的距离，假设机器人是在工作空间中工作的一个点，是m维空间的子集；充满了障碍物C1，...C
m
；自由空间未被障碍物占据，它是的子集；点x和障碍物C
i
之间的距离定义为：而d
i
(x)的梯度定义为：其中，c0是障碍物C
i
中距离点x最近的点；梯度是一个单位向量，从c0指向x；对于凸集障碍物，最近点总是唯一的；对于非凸障碍物，可以看做凸集的并集；环境中存在多个障碍物，多障碍物距离函数定义为：其中，D(x)表示点x和最近的障碍物中最近点i的距离；维诺区域是最接近特定位置的点集，扩展到广义维诺区域是最接近一个特定障碍物的点集的闭合：广义维诺图的基本构造块是与两组C
i
和C
j
等距的点集，为二等距曲面：S
ij
＝{x∈W\(C
i
∪C
j
)：d
i
(x)
‑
d
j
(x)＝0}
ꢀꢀꢀꢀ
(5)S
ij
的子集SS
ij
称为二等距满射曲面，二等距满射曲面，SS
ij
是与两个对象等距而的点集，即函数对所有x∈SS
ij
都是满射的；这个定义同样适用于被定义为有限凸集相并的非凸集；如果C
i
和C
j
是不相交的凸障碍物，那么SS
ij
＝S
ij
；二等距曲面是与障碍物C
i
和C
j
等距的点集，那么C
i
和C
j
比其他障碍物更接近每个属于上的点x；通过定义可知，二等距面位于相邻广义维诺区域的公共边界和上，即所有二等距面的并集形成(m
‑
1)维的广义维诺图，即1)维的广义维诺图，即可以被认为是一个复合体，它将一个空间划分为广义维诺区域，即距离特定障碍物最近的区域。2.根据权利要求1所述的基于黏菌和随机搜索树的路径规划方法，其特征在于，使用黏菌觅食的演化特性，保留了高质量的路径，形成了通往食物来源的路径，具体包括：使用黏菌覆盖整个网络；在觅食过程中，黏菌通过膨胀不断向食物源移动，并通过收缩
行为从远离食物的多余路径中吸取；最后，保留了高质量的路径，形成了通往食物来源的路径；假设用一个图来表示优化后的网络空间，其中两个特殊节点N1和N
n
被指定为起始节点和结束节点；其他节点标记为N2、N3...；首先需要完成变量初始化，并且需要计算点N
i
和N
j
之间的距离L
ij
；距离计算公式为：L
ij
＝((x
i
‑
x
j
)2‑
(y
i
‑
y
j
)2)
1/2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，x
i
和x
j
代表点N
i
和N
j
的横坐标，y
i
和y
j
代表点N
i
和N
j
的纵坐标；Q
ij
代表网络中N
i
和N
j
之间的流量，N
i
和N
j
之间的流量由压差(P
i
‑
P
j
)、导通率D
ij
和长度L
ij
之间的关系计算得出，Q
ij
计算公式如下：流入和流出必须平衡：以下方程式适用于源节点N1和汇节点N
n
：∑
i...

【专利技术属性】
技术研发人员：包宗冈，余善恩，童啸龙，陈建科，孙莹伊，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：