基于遗传算法的移动机器人路径规划方法的研究

作     者：姜明洋 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡玉兰

授予年度：2008年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：移动机器人 路径规划 遗传算法 

摘      要：智能移动机器人是指无需人工干预,可以自主完成行驶任务的车辆。路径规划是机器人技术研究领域中的核心问题,它的任务就是在具有障碍物的环境中,寻求一条从已知起点到已知终点的具有最低代价的无碰路径。遗传算法是建立在自然选择和群体遗传学基础上的随机、迭代和进化过程,是路径规划研究领域中的一种十分有效的算法。 本文首先从理论上讨论了移动机器人路径规划的方法,在对各种路径规划方法进行优缺点比较后,选择遗传算法来解决移动机器人的路径规划问题。然后,通过对遗传算法的深入研究,针对静态和动态环境中的机器人路径规划问题,本文提出了基于遗传算法的解决方案。在遗传算子的设计中,加入了平滑、插入和删除算子来补充基本算子的不足,同时采用变异率和交叉率的自适应调整方法对遗传算法进行优化。通过加入新的算子和自适应调整方法可以使得算法更加完善, 解决进化过程中因陷入局部极小值而不能到达目标点的问题。最后,在三种复杂程度不同的静态环境下,进行仿真实验并对仿真结果进行分析,讨论了不同的适应度参数对路径规划结果的影响,同时进行了动态路径规划的仿真。通过与其它方法的比较可以发现,相同环境下,在搜索时间上基于遗传算法的路径规划方法比Di jkstra算法至少节约5%的时间;在路径长度以及平滑度方面,基于遗传算法的路径规划方法要优于人工势场算法。 通过本文的研究及实验结果证明,遗传算法能够很好的解决动态和静态环境下移动机器人的路径规划问题。