基于双群协同竞争粒子群和Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条的机器人路径规划方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双群协同竞争粒子群和Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条的机器人路径规划方法，主要解决现有技术中存在的规划路径平滑性差且收敛速度缓慢的问题。其规划步骤是：对移动机器人运动环境进行建模；借助三次Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条连接描述移动机器人路径；由Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条的端点与相应的切向量构造优化粒子；由最短性惩罚函数和安全性惩罚函数定义需要求解路径的适应度函数；利用基于双群协同竞争粒子群算法对适应度函数进行全局优化；根据优化结果输出由Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条描述的机器人路径。本发明专利技术综合考虑了机器人路径的最短性和安全性，规划的路径平滑，易于移动机器人的运动控制，符合人工规划的意图，可用于各类移动机器人的自主导航。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种基于双群协同竞争粒子群和Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条的机器人路径规划方法，包括以下步骤：（１）根据机器人自身携带的摄像头、声纳、激光测距仪传感器获取的信息对移动机器人运动环境进行建模；（２）借助Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条连接描述移动机器人路径，该样条的二维空间表示式为：ｒ（ｔ）＝（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ））＝Ｐ↓［０］ｆ↓［１］（ｔ）＋Ｐ↓［１］ｆ↓［２］（ｔ）＋Ｐ′↓［０］ｆ↓［３］（ｔ）＋Ｐ′↓［１］ｆ↓［４］（ｔ）＝ａ↓［０］＋ａ↓［１］ｔ＋ａ↓［２］ｔ↑［２］＋ａ↓［３］ｔ↑［３］１［Ｂ］（ｋ）］）｝１４）（５．６）检验终止条件，如果当前的进化次数达到预设的最大进化代数或优化结果达到预设误差，则寻优结束，输出最优解及最优值，否则将返回（５．２）继续进行搜索；（６）根据优化结果输出由Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条描述的机器人路径。）其中，＊＊＊２）每个样条由端点Ｐ↓［０］，Ｐ↓［１］与切向量Ｐ′↓［０］，Ｐ′↓［１］所决定；（３）每两个相邻的Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条共用一个端点与相应的切向量，构造由ｎ个Ｆｅｒｇｕｓｏｎ样条连接而成的二维路径轨线优化粒子Ｐ＝｛Ｐ↓［０ｘ］Ｐ↓［０ｙ］Ｐ′↓［０ｘ］Ｐ′↓［０ｙ］Ｐ↓［１ｘ］Ｐ↓［１ｙ］Ｐ↓［１ｘ］Ｐ′↓［１ｙ］Ｐ↓［２ｘ］Ｐ↓［２ｙ］Ｐ′↓［２ｘ］Ｐ′↓［２ｙ］…Ｐ↓［ｎｘ］Ｐ↓［ｎｙ］Ｐ′↓［ｎｘ］Ｐ′↓［ｎｙ］｝，Ｐ↓［ｍｘ］，ｍ＝０，１，…，ｎ代表第ｍ个端点的横坐标，Ｐ↓［ｍｙ］，ｍ＝０，１，…，ｎ代表第ｍ个端点的纵坐标，Ｐ′↓［ｍｘ］，ｍ＝０，１，…，ｎ代表第ｍ个端点切向量的横坐标，Ｐ′↓［ｍｙ］，ｍ＝０，１，…，ｎ代表第ｍ个端点切向量的纵坐标；（４）定义适应度函数：ｆ＝ｆ↓［１］＋αｆ↓［２］９）其中，α为权值系数，用来调整最短性和安全性在路径规划中所占的权重；ｆ↓［１］为最短性惩罚函数，定义为：ｆ↓［１］＝ｌ／ｌ↓［ｍｉｎ］，ｌ↓［ｍｉｎ］为当前点到目标点的欧氏距离，ｌ是轨线的长度；ｆ↓［２］为安全性惩罚函数，定义为：ｆ↓［２］＝＊＊＊７）式中，Ｄ↓［ｓａｆｅ］为反映障碍物影响的常数，ｄ↓［ｍｉｎ］为轨线与所有障碍物之间的最小欧氏距离；（５）对适应度函数进行如下全局优化：（５．１）初始化两个种群，设定两个种群Ａ和Ｂ的参数，并为两个种群中的每个粒子随机赋予初始位置和初始速度；（５．２）计算每个粒子对应的样条的轨线长度ｌ，并根据步骤（１）所建立模型计算轨线与障碍物之间的最小欧氏距...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宝龙，吴宪祥，王娟，葛川，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]