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专利号: 2023117883646
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进蚁狮算法的巡检机器人路径规划方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:根据栅格法对巡检机器人巡检区域地图进行建模,得到栅格地图,并设计巡检机器人路径规划的适应度函数;

步骤2:在原始蚁狮算法的基础上,采用改进型Sine混沌映射对蚂蚁和蚁狮种群初始化,并加入自适应选择概率策略和单纯形法搜索策略;采用改进型Sine混沌映射产生随机数:Xt+1=μ*sin[π(κ*Xt+Xt‑1)]式中:Xt+1、Xt和Xt‑1分别为改进型Sine混沌映射生成的下一个随机数、当前随机数和前一个随机数;μ和κ为控制系数;当μ取值为5且κ为任意非零实数时,改进型Sine映射处于混沌状态;

自适应选择概率策略的具体步骤为:

算法通过计算适应度函数,选取适应度值最高的为精英蚁狮Eelite,通过轮盘赌操作选取轮盘赌蚁狮Eroulette,蚂蚁根据自适应选择概率策略来选择是否围绕精英蚁狮Eelite进行随机游走,算法实现过程为:设自适应选择概率策略的概率为P,P值随迭代次数t进行动态变化但其取值范围始终处于0和1之间,通过与rand函数的比较来实现对精英蚁狮Eelite和轮盘赌蚁狮Eroulette的选择,自适应选择概率策略的概率P表达式如下:其中,T为最大迭代次数,蚂蚁随机游走的过程由下式表示:X(t)=[0,cussum(2r(1)‑1),...,cussum(2r(T)‑1)]式中:cussum为计算累加和;r(t)为随机数0或1;r(t)的表达式如下:采用自适应选择概率策略后的蚁狮算法,其精英化过程以及蚁狮捕食蚂蚁的过程可由下式表示:式中: 为第t次迭代时第i只蚂蚁的位置; 为第t次迭代时j维的当前蚁狮位置;AL(elite)t,j为第t次迭代时j维的精英蚁狮位置;AL(random)t,j为第t次迭代时j维的随机蚁狮位置;AL(roulette)t,j为第t次迭代时j维的轮盘赌蚁狮位置;ν为控制算子;

步骤3:采用改进后的蚁狮算法对巡检机器人巡检路径进行优化,得到最优路径规划结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进蚁狮算法的巡检机器人路径规划方法,其特征在于,所述步骤1具体步骤为:采用栅格法对机器人巡检区域地图进行建模,按照一定规则将地图划分成m×n个相同的栅格,栅格分为黑色和白色两种,黑色栅格表示不可行栅格记为1,白色栅格表示可行栅格记为0;

所述适应度函数表达式为:

式中:F(i)为路径规划的适应度函数,i表示巡检机器人执行任务过程中路径迭代的次数,Ri表示巡检机器人在执行任务的总路径长度。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进蚁狮算法的巡检机器人路径规划方法,其特征在于,所述步骤2中采用改进型Sine混沌映射对蚂蚁和蚁狮种群初始化的具体步骤为:设定种群大小为N,最大迭代次数为T,种群的上界和下界分别为ub和lb;

采用改进型Sine混沌映射对蚂蚁和蚁狮种群初始化后,蚂蚁和蚁狮的位置可表示为:Xant(t+1)=lb+(ub‑lb)*Xt+1Xantlion(t+1)=lb+(ub‑lb)*Xt+1式中:Xant(t+1)和Xantlion(t+1)分别为蚂蚁和蚁狮种群的位置矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进蚁狮算法的巡检机器人路径规划方法,其特征在于,所述步骤2中单纯形法搜索策略的具体步骤为:(2‑1)根据适应度函数,计算出蚁狮种群的适应度值并选取出最优值Xg,次优值Xb和最差值Xw,计算中心点Xc为:(2‑2)根据最差值Xw和中心点Xc的位置进行反射操作,反射点Xr为:Xr=Xc+α1·(Xc‑Xw)

式中:α1为反射因子;

(2‑3)如果F(Xr)<F(Xg),说明反射反向正确,则进行扩展操作,扩展点Xe为:Xe=Xc+α2·(Xr‑Xc)

式中:α2为扩展因子;F为适应度函数,如果F(Xe)<F(Xg),则扩展点Xe替换最差值Xw;否则,以反射点Xr替换最差值Xw;

(2‑4)如果F(Xr)>F(Xg),说明反射反向错误,则进行压缩操作,压缩点Xt为:Xt=Xc+α3·(Xw‑Xc)

式中:α3为压缩因子,如果F(Xw)<F(Xt),则压缩点Xt替换最差值Xw;

(2‑5)如果F(Xw)<F(Xr)<F(Xg),则进行收缩操作,收缩点Xs为:Xs=Xc‑α4(Xw‑Xc)

式中:α4为收缩因子;如果F(Xw)<F(Xs),则收缩点Xs替换最差值Xw;否则,以反射点Xr替换最差值Xw。