針對室內(nèi)空間局限性造成的移動機器人路徑規(guī)劃難度提升問題,文章分析了機器人室內(nèi)移動中轉(zhuǎn)彎、啟停等運動特征,為獲得最優(yōu)規(guī)劃路徑引入了粒子群算法（particle swarm optimization,PSO）,同時為改善經(jīng)典算法中收斂度低、易早熟等問題,首先使用收斂因子、線性遞減、非線性凹函數(shù)、隨機分布方式等對PSO慣性權(quán)重的選取進行了討論,并結(jié)合三次樣條插值方法、選取罰函數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)等對PSO進行了算法改進,最后,以實驗室作為室內(nèi)環(huán)境背景進行了仿真實驗,并與經(jīng)典的PSO路徑規(guī)劃方法進行了對比;實驗結(jié)果表明,文章中改進的PSO路徑規(guī)劃方法精度高于經(jīng)典PSO方法5%,平均尋優(yōu)時間比經(jīng)典PSO的少5s左右,能夠有效地提高規(guī)劃路徑的平滑度,對于室內(nèi)環(huán)境中機器人路徑規(guī)劃具有良好的實時性和有效性。 

【文章來源】：計算機測量與控制. 2020,28(03)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

改進PSO算法流程圖

迭代曲線圖2(b）中，RandWPSO-SP算法規(guī)劃的路徑最短，這是因為該算法引入隨機慣性權(quán)重，不僅平衡了全局搜索和局部搜索的能力，還增加了搜索的靈活性和范圍，使算法的搜索能力提高，而且擾動效果明顯，增強了粒子多樣性，更容易跳出局部最優(yōu)值；YSPSO-SP方法收斂速度最快，這是因為該算法引入收斂因子，雖然使收斂速度加快，但加速度因子是基于線性擾動，擾動小，粒子容易陷入局部最優(yōu)解；收斂速度第二快的為LinWPSO-SP算法，該方法的擾動屬于線性擾動，擾動不明顯，粒子容易出現(xiàn)“早熟”；NCFPSO-SP算法引入非線性慣性權(quán)重，雖然非線性慣性權(quán)重擾動效果明顯，但是該方法收斂精度低。表1是每個算法在相同的環(huán)境下，獨立運行500次得出的路徑結(jié)果。從中可以可以看出RandWPSO-SP算法規(guī)劃的最短路徑、平均路經(jīng)以及平均仿真運行時間都比其它四種算法少。這是因為隨機慣性權(quán)重的引入，不但平衡了全局搜索和局部挖掘能力，而且擾動效果明顯，增加了粒子多樣性。引入三次樣條插值使得算法更好得適用于室內(nèi)環(huán)境。開始規(guī)劃的路徑最長，這是因為起點處空間大，提高了搜索范圍，改善了粒子陷入局部極值的現(xiàn)象。

本次實驗與第一次實驗的不同之處在于起點和終點互換。從圖3(a）、（b）可以看出。該次實驗仿真結(jié)果幾乎和第一次一樣，驗證了較其它四種算法，RandWPSO-SP方法規(guī)劃出的機器人運行軌跡拐點更少、拐點弧度較大等優(yōu)點。表2是五種算法分別在相同環(huán)境下，獨立運行500次得出的路徑結(jié)果。從中可以看出RandWPSO-SP算法較其它四種算法的的最短路徑、平均路徑以及平均仿真運行時都最短。

【參考文獻】：
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本文編號：3560838