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专利号: 2021111029573
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于人工蜂群‑自适应遗传算法的仓储机器人路径规划方法,其特征在于:包括以下步骤:

S1:根据仓储环境、障碍区域位置信息建立栅格地图;

S2:初始化相关参数,包括种群大小N,最大进化代数G,引领蜂数量NB,跟随蜂NO,蜂群最大迭代次数MaxIter,蜜源最大循环次数Limit,交叉概率的上限Pc_max、下限Pc_max,变异概率的上限Pm_max、下限Pm_min,交叉概率参数Pc′,变异概率参数Pm′;

S3:人工蜂群算法生成初始种群;

S4:判断栅格是否连续,若不连续则用插入算子进行填补,连接成可行路径;

S5:计算种群适应度,适应度函数由路径总长度、转弯节点数和运行能耗组成;

S6:判断是否达到最大进化次数,若是则输出种群的最优解,算法结束,否则转至S7;

S7:采用锦标赛选择法和精英保留策略相结合的方式选择父代个体,将最优个体保留至下一代,继续进行交叉变异操作;

S8:生成一个(0,1)之间的随机数,判断是否满足自适应调整策略的交叉算子的交叉概率pc,若满足则转至S9,否则转至S10;

S9:对种群进行交叉操作,生成新的个体;

S10:生成一个(0,1)之间的随机数,判断是否满足自适应调整策略的变异算子的变异概率pm,若满足则转至S11,否则转至S13;

S11:对种群进行变异操作,生成新的个体;

S12:判断栅格是否连续,若不连续则用插入算子进行填补,连接成可行路径S13:生成新一代种群,进化次数加一,转至S5。

2.根据权利要求1所述的基于人工蜂群‑自适应遗传算法的仓储机器人路径规划方法,其特征在于:所述步骤S3具体包括以下步骤:S3.1:蜂群按照下式以随机的方式进行初始化生成蜜源min max min

xij=xj +(xj ‑xj )·rand(0,1)max min

式中:i∈[1,N]为蜂蜜编号,xij为蜜源位置,j∈[1,D]为生存维度,D=2,xj 、xj 为维度j的上下界,rand(0,1)为(0,1)间的随机数;

S3.2:引领蜂采用交叉方式搜索蜜源,搜索公式如下:max min

式中:j∈[1,D]为生存维度,D=2,xj 、xj 为维度j的上下界,rand(0,1)为(0,1)间的随机数,xj为引领蜂搜索到的新蜜源位置;xij为原蜜源位置;

S3.3:引领蜂通过摇摆舞将蜜源浓度信息传递给跟随蜂,跟随蜂依据蜜源浓度选择引领蜂,公式如下:

式中:Pi为引领蜂被选概率;NB为引领蜂数量;fiti为第i只引领蜂所在位置的蜜源浓度;

S3.4:当引领蜂或跟随蜂在某一蜜源附近搜索次数达到设定次数limit,则放弃此处蜜源,同时引领蜂转化为侦查蜂在搜索区域内进行大范围随机搜索,按照下式搜索产生新蜜源代替它,接下来返回引领蜂和跟随蜂搜索过程,重复循环直至找到最优解:min max min

xij=xj +(xj ‑xj )·rand(0,1)max min

式中:i∈[1,N]为蜂蜜编号,xij为蜜源位置,j∈[1,D]为生存维度,D=2,xj 、xj 为维度j的上下界,rand(0,1)为(0,1)间的随机数。

3.根据权利要求1所述的基于人工蜂群‑自适应遗传算法的仓储机器人路径规划方法,其特征在于:所述步骤S4中判断栅格是否连续的方法为:Δ=max{abs(xk+1‑xk),abs(yk+1‑yk)}式中:(xk,yk),(xk+1,yk+1)为相邻两栅格pk和pk+1的坐标,若Δ=1,则pk和pk+1连续,否则按照式平均值法插入自由栅格坐标(xk′,yk′),若附近均为障碍栅格,则淘汰此路径,计算方法为:

4.根据权利要求1所述的基于人工蜂群‑自适应遗传算法的仓储机器人路径规划方法,其特征在于:步骤S5中,考虑路径总长度、转弯节点数和运行能耗三个因子,定义种群适应度函数如下所示:

式中:pathylenth表示路径长度;nodenum表示路径转弯节点数;fp表示运行能耗因子,η表示转弯能耗效率,angle表示路径累计转弯角度,r表示机器人转弯半径,a+b+c=1为权重因子。

5.根据权利要求1所述的基于人工蜂群‑自适应遗传算法的仓储机器人路径规划方法,其特征在于:步骤S8中所述自适应交叉概率计算方法为:式中:Pc_max、Pc_min分别表示交叉概率的上限和下限,fmax、fmin分别是种群适应度的最大值和最小值,favg为每代种群适应度的平均值,f′为交叉的两个体中较大的适应度值,Pc′和Pm′分别为交叉和变异概率参数。

6.根据权利要求5所述的基于人工蜂群‑自适应遗传算法的仓储机器人路径规划方法,其特征在于:步骤S10中所述自适应变异概率计算方法为:式中:Pm_max、Pm_min分别表示变异概率的上限和下限,fmax、fmin分别是种群适应度的最大值和最小值,favg为每代种群适应度的平均值,f为要变异个体的适应度值,Pm′变异概率参数。