一种行星表面全局路径快速规划方法技术

本发明专利技术涉及一种行星表面全局路径快速规划方法,属于深空探测技术领域。首先获得待进行路径规划区域内的障碍分布信息图，并对其进行分析处理，在能避开障碍物的可行区域内选取多个可行节点，并根据选取的节点进行可行区域内的路径连通；获取节点坐标信息，创建采用Dijkstra算法进行路径规划所需网络拓扑结构,以路径的长度作为约束条件，规划出一条初始最优路径；将路径长度函数作为适应度函数，选取节点时所遵循的数学函数关系及坐标的约束范围，作为遗传算法的待优化目标及约束条件，采用遗传算法对初始最优路径进行优化处理，输出优化结果作为最终的规划路径。本方法具有算法简单、高效、通用性好、可扩展性强的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于深空探测

技术介绍
随着科学技术的进步和发展，行星探测已经成为二十一世纪航天活动的热点之一，但行星表面有着极其恶劣的环境条件，例如高真空、微重力、高温差、强辐射环境等，在这样的条件下人类难以生存。因此，在这种情况下必须采用行星探测机器人代替宇航员，着陆于行星表面，在行星表面做实际的勘测及科学任务探索。行星探测机器人在行星表面工作的时候，除了通过地面进行遥控以外，还需要探测机器人具有一定的自主寻找目标的能力，这就需要探测机器人能够通过自身携带的计算机系统，根据采集的地形信息完成一定程度的自主路径规划，而路径规划的核心便是规划所应用的算法。在移动机器人所应用算法领域上，国内外众多学者进行了深入的研究，同时也涌现出了许多初步形成了理论并得到应用的优秀算法，如人工势场法、Dijkstra算法、蚁群算法、神经网络算法、遗传算法等。虽然每种算法都有各自的优点，但是也很难克服自身存在的缺陷。例如Dijkstra是一种典型的最短路径算法,用于计算一个节点到其他所有节点的最短路径，优点在于算法简单、高效、通用型好等；其缺点则是规划领域只适用于网络拓扑结构，获得已有拓扑结构中的最优路径。遗传算法是以自然遗传机制和自然选择等生物进化理论为基础，构造的随机搜索算法，优点在于具有可扩展性，易于同别的技术混合使用等；其缺点则是计算量大、编码不规范及编码存在表示的不准确性、单一使用遗传算法很难精确地设计出适应度函数，导致对问题约束表达的不准确，实现复杂等。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有行星探测机器人全局路径规划方法计算量大、实现复杂、应用范围受限的问题，提出一种将Dijkstra算法与遗传算法相结合的行星表面全局路径快速规划方法。—种行星表面全局路径快速规划方法，其具体实现步骤如下步骤1，获得待进行路径规划区域内的障碍分布信息图，并对其进行分析处理，在能避开障碍物的可行区域内选取多个可行节点，并根据选取的节点进行可行区域内的路径连通。节点的选取原则为各节点横纵坐标满足同一种数学函数关系。所述节点坐标满足的数学函数关系包括但不限于线性、二次函数。可行区域内的路径连通遵循邻近节点连通的原则，且所连通的路径不能穿过障碍物、不能跨越多个可行节点。步骤2，对已连通的节点编号，获取节点坐标信息，并储存在数据信息矩阵U1和U24中，其中U1储存节点坐标信息，U2储存连通线段两端节点的编号信息。 U'本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种行星表面全局路径快速规划方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，获得待进行路径规划区域内的障碍分布信息图；分析处理后，在能避开障碍物的可行区域内选取多个可行节点，并根据选取的节点进行可行区域内的路径连通；节点的选取原则为：各节点横纵坐标满足同一种数学函数关系；可行区域内的路径连通遵循邻近节点连通的原则，且所连通的路径不能穿过障碍物、不能跨越多个可行节点；步骤2，对已连通的节点编号，获取节点坐标信息，并储存在数据信息矩阵U1和U2中，其中U1储存节点坐标信息，U2储存连通线段两端节点的编号信息；U1=1x1y12x2y2...kxkyk...nxnynU2=1i1j12i2j2...liljl...mimjm式中，n为节点的编号总数，(xk,yk)为第k个节点的坐标信息；m为所有可行节点连通后形成的连通线段总数，(il,jl)为第l条连通线段两个端点对应的节点编号，且(il,jl)∈{(il,jl)|il,jl=1,2,…,n，il≠jl}；k=1,2,…,n，l=1,2,…,m；步骤3，将步骤2得到的数据矩阵U1和U2作为初始条件，创建采用Dijkstra算法进行路径规划所需网络拓扑结构,以路径的长度作为约束条件，规划出一条初始最优路径：f(s)=min(length(sstart→sgoal))其中：sstart为起始点，sgoal为目标点，f(s)为在所创建的网络拓扑结构中距离最短的一条路径；建立矩阵U3用以存储初始最优路径从起始点到达目标点过程中所经历的连通线段总数，以及连通线段两端对应的节点编号；U3=1e1f12e2f2...qeqfq...vevfv其中：v表示从起始点到达目标点过程中初始最优路径所经历的连通线段总数，(eq,fq)为第q条连通线段两端节点对应的编号，(eq,fq)满足如下关系：(eq,fq)∈{(eq,fq)|q=1,2,…v，eq≠fq}；步骤4，根据步骤3得到的矩阵U3中的节点编号，以及矩阵U1中对应节点的全局坐标信息，将路径长度函数f(S)作为适应度函数：f(S)=min(length(e1→f1)+length(e2→f2)+…+length(eq→fq))确定坐标约束范围：f(xk,yk)=0,(ak...

【技术特征摘要】
1.一种行星表面全局路径快速规划方法，其特征在于包括以下步骤步骤1，获得待进行路径规划区域内的障碍分布信息图；分析处理后，在能避开障碍物的可行区域内选取多个可行节点，并根据选取的节点进行可行区域内的路径连通；节点的选取原则为各节点横纵坐标满足同一种数学函数关系；可行区域内的路径连通遵循邻近节点连通的原则，且所连通的路径不能穿过障碍物、不能跨越多个可行节点；步骤2，对已连通的节点编号，获取节...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑞，崔平远，朱胜英，高艾，曲鹏程，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：